[zxszxs]

Добрый день. Прошу Вашей помощи по вопросу описанному ниже.

Сосуд диаметром 1,5 метра соединяется фланцем. Сосуд находится под давлением 0,05Мпа и температурой 800 градусов С. Материал - 20Х23Н18. Какой выбрать крепеж чтобы сосуд был герметичен или как правильно организовать крепление фланцев?

Проблема в том, что раз в неделю происходит остановка и температура падает до цеховой, потом снова цикл нагрева. За счет теплового расширения болты расширяются при нагреве и при охлаждении уже не приходят в свое первоначальное состояние, получается после каждой остановки все болты надо подтягивать.
Предложили использовать в этом соединении болты из релаксационной стали марки 08Х14Н20В2ТР, посмотрел - она до 580 градусов С. Не нашел другой релаксационной стали из которой делают крепеж под более высокие температуры.
Думаю такая задача давно должна быть решена, просто я не знаю как и где найти это решение.

[uraltay]

Температура внутри сосуда или вокруг?

[zxszxs]

Сообщение от uraltay Температура внутри сосуда или вокруг?

Внутри. А снаружи слой теплоизоляции. Притом фланец под теплоизоляцией и можно считать, что через какое-то время темп на нем будет примерно такой-же как внутри, немного ниже.
Вокруг температура цеха.

[uraltay]

Попробовать защитить болты (шпильки) от перегрева. Навскидку несколько решений, которые могут быть реализованы самостоятельно или совместно.
1. Болты должны быть за пределами теплоизоляции, т.е. не закрывать теплоизоляцией.
2. Болты устанавливать в уши, вынесенные за внешний диаметр фланца и теплоизоляцию.
3. Болты ставить в отверстия с приличным зазором.
4. Между гайкой, головкой болта, сделанным по п. 3, и фланцем поставить втулки - куски трубы с тонкой стенкой. Между втулкой и стержнем болта сделать приличный же зазор. Во втулках сделать по паре отверстий для самовентиляции.
4. Если делать уши, то хорошо бы сделать подлиннее тонкий термомостик (можно несколько рёбер) между ухом и фланцем.

[Tehnolog5]

Коллеги, в конструировании сосудов и аппаратов все размеры касательно фланцев и крепежа давно стандартизованы (см. соответствующие ГОСТы), поэтому предложенные выше решения (п.п.1...5) из разряда "научной" фантастики ... Автор прав в своей идее о подборе материала для крепёжных деталей, но и тут его выбор крайне ограничен... Кстати, по какому стандарту выбраны запроектированные вами шпильки? Удачи!!!

[zxszxs]

Сообщение от Tehnolog5 Коллеги, в конструировании сосудов и аппаратов все размеры касательно фланцев и крепежа давно стандартизованы (см. соответствующие ГОСТы), поэтому предложенные выше решения (п.п.1...5) из разряда "научной" фантастики ... Автор прав в своей идее о подборе материала для крепёжных деталей, но и тут его выбор крайне ограничен... Кстати, по какому стандарту выбраны запроектированные вами шпильки? Удачи!!!

Шпильки по ГОСТ 9066-75 для фланцевых соединений до 650, макс что нашли. Этот ГОСТ предлагает другой ГОСТ 28759.5-90 Фланцы сосудов и аппаратов. Технические требования.

И рас уж зашла речь о шпильках задам вопрос о них. И ГОСТы и ПБ говорят при температурах свыше 300 градусов С применять шпильки вместо болтов. Как факт я это принимаю и следую, но не понимаю почему.
И второй вопрос по шпилькам ГОСТ 9066-75, для чего осевое отверстие в них? Возможно отверстие для естественной конвекции?

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 Коллеги, в конструировании сосудов и аппаратов все размеры касательно фланцев и крепежа давно стандартизованы (см. соответствующие ГОСТы), поэтому предложенные выше решения (п.п.1...5) из разряда "научной" фантастики

Автор ничего не сказал о подведомственности сосуда. И его вопрос "Какой выбрать крепеж чтобы сосуд был герметичен или как правильно организовать крепление фланцев?" и подтолкнул меня на поиск приведенных решений. Кстати, все ГОСТы родились из нестандартных решений, поэтому ссылаться на то, что всё давно стандартизовано не очень корректно. Так можно и прогресс остановить...

[Liukk]

zxszxs Рекомендую почитать справочник Орлова "Основы конструирования", в 3 томе (в трёх томном издании) есть ответы на многие Ваши вопросы, например про отверстия в шпильках и т.п. https://dwg.ru/dnl/2124

[ratay]

Причина ведь может быть самой простой и идиотской. Первое, что приходит в голову - болты находятся в промежуточной зоне между упругостью и ползучестью, и при периодическом остывании и нагреве, подтягивании потихоньку ползут. То есть сначала просчитать болты заново. Если все в порядке, то возможен вариант с компенсирующими пружинными (не гроверными) коническими шайбами. Этакие пустотелые усеченные конуса, если я сумел понятно объяснить. А в расчетах может еще помочь (И.А.Биргер, Г.Б.Иоселевич "Резьбовые и фланцевые соединения").

[zxszxs]

Сообщение от uraltay Автор ничего не сказал о подведомственности сосуда. И его вопрос "Какой выбрать крепеж чтобы сосуд был герметичен или как правильно организовать крепление фланцев?" и подтолкнул меня на поиск приведенных решений. Кстати, все ГОСТы родились из нестандартных решений, поэтому ссылаться на то, что всё давно стандартизовано не очень корректно. Так можно и прогресс остановить...

Спасибо за ответы. Любая помощь лучше чем не помощь и да, нельзя останавливать прогресс!

Сообщение от Liukk zxszxs Рекомендую почитать справочник Орлова "Основы конструирования", в 3 томе (в трёх томном издании) есть ответы на многие Ваши вопросы, например про отверстия в шпильках и т.п. https://dwg.ru/dnl/2124

Спасибо за рекомендацию, на досуге как-нибудь действительно почитаю. Но если вы знаете для чего это, то возможно можете сами в "3-х словах" ответить? Из того что вычитал - это для того, чтобы вышел воздух при затяжке через это отверстие.

Сообщение от ratay Причина ведь может быть самой простой и идиотской. Первое, что приходит в голову - болты находятся в промежуточной зоне между упругостью и ползучестью, и при периодическом остывании и нагреве, подтягивании потихоньку ползут. То есть сначала просчитать болты заново. Если все в порядке, то возможен вариант с компенсирующими пружинными (не гроверными) коническими шайбами. Этакие пустотелые усеченные конуса, если я сумел понятно объяснить. А в расчетах может еще помочь (И.А.Биргер, Г.Б.Иоселевич "Резьбовые и фланцевые соединения").

При нагреве болт удлиняется в следствии термического расширения и при остывании обычная сталь не полностью возвращается в свое первоначальное состояние, остается дельта длины не большая, чего достаточно для ослабления затяжки и пропускания среды. По прочностным расчетам запас большой.

Второй и третий вопрос, это просто для себя, чтобы знать. С осевым отверстием в шпильке - решен. Пока не понимаю почему только шпильки, а не болты при темп выше 300. Ну и по основному вопросу "Какой выбрать крепеж чтобы сосуд был герметичен или как правильно организовать крепление фланцев?" думал может кто знает и сможет ответить из своей практики. Просто есть уверенность, что подобную задачу производство должно было уже когда-то решить.

[Liukk]

Сообщение от zxszxs "Какой выбрать крепеж чтобы сосуд был герметичен или как правильно организовать крепление фланцев?" думал может кто знает и сможет ответить из своей практики.

Из моей практики.
Любое торцевое уплотнение, при небольшом ослабелении крепежа, может дать утечки.
Надёжность может дать только уплотнение по цилиндической поверхности. Тут и подвижки в несколько мм роли не сыграют. Вопрос будет только в материале уплотнения, чтобы подобную температуру выдержал. Решения см. в том же Орлове, справочниках "Уплотнения и уплотнительная техника" и по машиностроительной гидравлике (гидроприводам, насосам, гидроавтоматике).

[uraltay]

Сообщение от zxszxs При нагреве болт удлиняется в следствии термического расширения и при остывании обычная сталь не полностью возвращается в свое первоначальное состояние,

О чём и говорилось с самого начала:

Сообщение от uraltay защитить болты (шпильки) от перегрева.

[ratay]

Кстати, релаксация уменьшается (но не исчезает, и периодической подтяжки не избежать), когда болты и гайки из одного и того же материала. Казалось бы, мелочь, но...

[Tehnolog5]

В случае изготовления пары "шпилька-гайка" из одного материала возникнут проблемы со свинчиваемостью... Вероятней всего, что для фланцев из 20Х23Н18 неверно выбран материал шпилек. Поддержу коллегу рекомендовавшего заняться "перерасчётом" шпилек. А что касательно "нестандартных" решений для ускорения прогресса, то эксплуатировать аппарат в этом случае будет возможно только вблизи заимки, где проживает отшельница Агафья... Удачи!!!

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 что касательно "нестандартных" решений для ускорения прогресса, то эксплуатировать аппарат в этом случае будет возможно только вблизи заимки, где проживает отшельница Агафья...

Советую посмотреть ПУиБЭ сосудов, работающих под давлением. Мои предложения им не противоречат. Можно ещё взглянуть, например. ПН АЭ Г-7-008-89 - это из атомной энергетики.

[qwone]

Похоже про решение в виде нескольких гроверов надетых на шпильку ускользнуло от внимания конструкторов. А еще лучше одеть пружины тарельчатые, дисковые. Как минимум из жаропрочного материала.

[Tehnolog5]

Коллега, ваши "нестандартные" предложения (№1...5 из поста №4) очень даже противоречат всем действующим нормам по изготовлению сосудов и аппаратов и никак не стыкуются со "стандартными" фланцами использованными автором ! Или сделаем " обрезание" стандартных фланцев и приварим на их место нестандартные ? Удачи!!!

[Liukk]

Сообщение от qwone Похоже про решение в виде нескольких гроверов надетых на шпильку ускользнуло от внимания конструкторов. А еще лучше одеть пружины тарельчатые, дисковые.

См. уже упомянутый справочник Орлова, там подобные решения уже описаны (и про недостатки шайбы Гровера - тоже)

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 Коллега, ваши "нестандартные" предложения (№1...5 из поста №4) очень даже противоречат всем действующим нормам по изготовлению сосудов и аппаратов и никак не стыкуются со "стандартными" фланцами использованными автором

Заявления голословные, нужно подтверждать пунктами Правил. И откуда известна конструкция фланцев ТС, их размеры, размеры мест под крепление? Чертежи он не показывал. Даже подведомственность неизвестна.

[Tehnolog5]

Коллега, неужели Вы могли подумать, что для аппарата диаметром 1500мм кто-нибудь из конструкторов предпочтёт нестандартные фланцы сделав для этого соответствующие расчёты... Удивлюсь, если Вы когда-либо аттестовывались на знание упомянутых вами Правил. Удачи!!!

[Liukk]

Сообщение от Tehnolog5 неужели Вы могли подумать, что для аппарата диаметром 1500мм кто-нибудь из конструкторов предпочтёт нестандартные фланцы сделав для этого соответствующие расчёты.

Если это топливный бак ракеты, или нечто аналогичное, то я то удивлюсь если будут использовать что-то стандартное, рекомендованное СНиПами...
Бак под наддувом 7 ати и диаметром около 2 м я лично не проектировал, но имел к нему самое непосредственное отношение...

[Tehnolog5]

А вот именно фланцы (например, в трубопроводах) даже в ракетной (космической) технике в 99 случаях из 100 используют стандартные... При этом всё-таки большинство трубопроводов стараются выполнить безразъёмными... Удачи!!!

[Liukk]

Не говорите того, в чем не уверены на 100%. В обслуживании на земле - может быть. А вот в самой ракете - не уверен...

[Tehnolog5]

Коллега, я и не отрывался от земных проблем, в которых уверен на 101 процент... Вроде как увести (или увезти) нас на ракете в космос было ваше предложение... Удачи!!!

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 Удивлюсь, если Вы когда-либо аттестовывались на знание упомянутых вами Правил. Удачи!!!

Удивлю, но каждые три года в течение 26 лет аттестовывался.

[Tehnolog5]

Тогда ещё более странными смотрятся ваши предложения по доработке фланцев...Удачи!!!

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 Тогда ещё более странными смотрятся ваши предложения по доработке фланцев.

Это нормально: конструктор и технолог смотрят на такие вещи по разному.

[Tehnolog5]

Давайте жить дружно и соблюдать установленные стандарты! Решение вопроса по применению крепежа должно решаться в рамках действующих норм и Правил. Удачи!!!

[Liukk]

Сообщение от Tehnolog5 Давайте жить дружно и соблюдать установленные стандарты!

Давайте, если только они не мешают делу и позволяют решить поставленную в ТЗ задачу.

Сообщение от Tehnolog5 Решение вопроса по применению крепежа должно решаться в рамках действующих норм и Правил.

А что делать если ГОСТов и ОСТов на это нет (а строгое соблюдение СНиПов меня, как машиностроителя, совершенно не волнует)? И условия совершенно не стандартные. Вот конструктора машиностроители и вынуждены придумывают такое, что технологи за голову хватаются.
Рекомендую на чертежи гидроаппаратуры посмотреть, хотя бы и Бим-Бада ("Атлас конструкций гидромашин и гидропередач"). Отверстия могут идти как угодно, под всякими разными углами (смерть сверлу называется), но ничего не поделаешь, по другому не получается развести каналы.

[Tehnolog5]

Вся загвоздка в том, что задача конструктора не только придумать и "нарисовать", но и подкрепить свою идею расчётом ! А вот сделать расчёт нестандартного фланца на указанные автором размеры и характеристики (особенно учитывая температуру в аппарате) задача довольно непростая и не каждому КБ по плечу. И не каждой компьютерной программе тоже... Согласны? Удачи!!!

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 Вся загвоздка в том, что задача конструктора не только придумать и "нарисовать", но и подкрепить свою идею расчётом ! А вот сделать расчёт нестандартного фланца на указанные автором размеры и характеристики (особенно учитывая температуру в аппарате) задача довольно непростая и не каждому КБ по плечу. И не каждой компьютерной программе тоже... Согласны? Удачи!!!

А это мы, конструкторы, сами разберёмся. Это я к вышесказанному о взглядах конструктора и технолога. Замечу, что все расчётные программы идут от расчётов в столбик, таблиц Брадиса, счётов, логарифмической линейки, машинки "Феликс" и т.д., которыми конструкторы пользовались, например, во времена первых спутников. И повторю, что ВСЕ ГОСТы - это дети и внуки нестандартных решений.

[Liukk]

Сообщение от Tehnolog5 задача конструктора не только придумать и "нарисовать", но и подкрепить свою идею расчётом

Собственно этим мы всю жизнь и занимается. Это я как конструктор нестандартного оборудования говорю .
А на что, на что расчёты сделать пока нельзя, существуют опытные образцы и натурные испытания, и это даже в ЕСКД прописано. И для меня советы и рекомендации Орлова более значимы, чем то, что написано в некоторых ГОСТах (исключая ЕСКД)
Так что не согласен.

[Tehnolog5]

Коллеги, мы отошли от конкретного вопроса поднятого автором и пока не пришли к мнению как ему "спасать" свой аппарат... Помощи Орлова в этом вопросе явно недостаточно... Удачи!!!

[Liukk]

Это как раз не мы, а Вы отошли от вопроса ТС.
И Орлова + собственные мозги вполне достаточно, предложения уже были озвучены, причём неоднократно.

[uraltay]

Сообщение от Tehnolog5 Коллеги, мы отошли от конкретного вопроса поднятого автором и пока не пришли к мнению как ему "спасать" свой аппарат...

Мы здесь можем только высказывать свои предложения и пожелания в силу представленных данных и своей подготовлености. Окончательное решение может и должен принимать ТС.

[Tehnolog5]

Коллега, ну вспомните кто первый упомянул здесь "топливные баки" и "отверстия-смерть сверлу"... Разве не Вы свернули с темы ? Не приписывайте мне свои заслуги. Давайте заканчивать дискуссию до наступающего Рождества... Всех с Новым годом! Удачи!!!

[Liukk]

Сообщение от Tehnolog5 кто первый упомянул здесь "топливные баки" и "отверстия-смерть сверлу"

Я вообще-то отвечал на претензию

Сообщение от Tehnolog5 неужели Вы могли подумать, что для аппарата диаметром 1500мм кто-нибудь из конструкторов предпочтёт нестандартные фланцы сделав для этого соответствующие расчёты..

Отвечаю ещё раз. Я предпочту. Ибо именно этим я и занимаюсь постоянно, если нечто стандартизированное, то, что можно купить, меня не устраивает по каким-то причинам. И мне абсолютно всё равно в таких случаях есть ли на это стандарты, рекомендации и пр. Если надо, то сделаю расчёты или испытания. (постоянно с этим работаю)
Так что с темы не я сворачивал.

[Tyhig]

Offtop: В качестве свежего незамутнённого взгляда.
Предлагаю:
1) Уточнить невозможность поставки длинного негабаритного сосуда без фланца.
2) Уточнить назначение фланца. Может быть его можно заварить на месте ? В смысле, сделать не фланцы, а просто сварной шов ?
3) Как насчёт шва запечатываемого более тугоплавким материалом, чем температура среды, но не менее, чем корпус ? С лабиринтом каким-нибудь ?
4) Проблема в том, что болты расширяются при нагреве. Как насчёт исключить деформации болтов. Например, одеть на болты упоры, которые не дадут болтам расширяться ? И в холодном состоянии болты будут просто сжаты ими ?
5) Глупо прозвучит. Во фланец вставить шпильки с предварительным натяжением, возможно контролируемым.
6) Натяжение также можно устроить обетонировав фланец и шпильки жаростойким бетоном. Но это не точно.
7) Допустить мостик холода с болтов. Правда хрень, наверное, получится.
8) Как насчёт выполнить фланцы без болтов, а сжимать место соединения другими силами через корпус ? Допустим просто поставить сверху на корпус 1000 т груза, усилия передать до фланцев рёбрами.
9) Сменить резьбу на болтах, чтобы поменьше ёрзала. Уменьшить шаг, увеличить степень точности. Поискать что-то вместо метрической резьбы, на более тугое.

Метрическая цилиндрическая резьба (с профилем) основана на метрической резьбе (М) с номинальным диаметром от 1,6 до 200 мм и углом профиля при вершине 60°. Главное ее отличие в винте, который имеет увеличенный радиус впадины на резьбе (от 0,15011P до 0,180424P), что придает резьбовому соединению на основе цилиндрической метрической резьбы более высокие жаростойкие и усталостные качества. Обозначается метрическая цилиндрическая резьба буквами MJ, далее идет числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, поле допуска среднего диаметра и поле допуска диаметра выступов. Внутренняя резьба MJ совместима с внешней резьбой M при совпадении номинального диаметра и шага, т. е. в гайку с такой резьбой можно закрутить обычный метрический винт.

Или "прямоугольная резьба".
http://predklapan.ru/blog/rezbovye-soedineniya
Offtop: 10) Сделать так, чтобы болты при охлаждении приходили в первоначальное положение. Или не уходили из него.
Вот, например, внутрь резьбы вставить брусочек на срез (забыл его название).

Offtop: 11) Соединить гайки после привинчивания так, чтобы они взаимнораскручивали друг друга. Наварить на две гайки планку.

[Liukk]

Как бы я решал подобную задачу (а мне предстоит в ближайшее время заниматься датчиком температуры с верхним пределом измерения 400*С. (датчик до 100*С сейчас на испытаниях))
1. сделал бы тепловой расчёт на распределение температуры по телу изделия. SW Flow Simulation прекрасно с этим справляется. И определил бы каких температур ожидать в месте предполагаемого "фланца". А то пока разговор ни о чём.
2. Если температура окажется слишком высокой, попытался бы её снизить конструктивным путём или введением пассивного охладителя. Естественно всё с расчётами.
3. ушёл бы от фланца (уплотнение по торцу) на уплотнение по цилиндру. Хороший аналог - уплотнение поршня двигателя внутреннего сгорания. Там давно уже всё отработано, хотя температуры и повыше будут

[uraltay]

Остаточные деформации в болтах появляются из-за повышенных напряжений (при определённой температуре). Значит, нужно их снизить. Для этого увеличить сечение и не переусердствовать с предварительной затяжкой, обеспечивающей так называемое "нераскрытие стыка". Сечение увеличить применением болтов большего диаметра или их количества. Номинальная предварительная затяжка - по динамометру. Напомню, что затяжка должна быть одновременной на всех болтах (азы слесаря-сборщика). О некоторых способах снижения воздействующей температуры уже говорили.

[Liukk]

Сообщение от uraltay Остаточные деформации в болтах появляются из-за повышенных напряжений (при определённой температуре). Значит, нужно их снизить. Для этого увеличить сечение

А я бы наоборот повысил податливость болта, точнее его упругие свойства. А то и вообще сделал бы "пружинный" прижим, если обязателен фланец, но тут обязательно нужен тепловой расчёт, и конструктив такой, чтобы "пружину" не перегреть. Кстати, "пружина" может быть и пневматической.

[uraltay]

Сообщение от Liukk А я бы наоборот повысил податливость болта, точнее его упругие свойства

Не понял про "податливость", но я и предлагал остаться в "упругих свойствах".

[Liukk]

Я предлагаю не увеличить жёсткость, а наоборот её снизить.

[Tehnolog5]

Коллеги, чем ближе Новый год, тем дальше от реальности суть предлагаемых "доработок"... Скорее возвращайтесь на родную Землю! Удачного спуска и мягкой посадки!!!

[zxszxs]

Спасибо всем кто написал свои предложения!
Tehnolog5, проходите мимо этой темы...

[Tehnolog5]

Коллега, где проходить, а где остановиться я решу без ваших указаний... Удачи в нарушении основ химического аппаратостроения!!!

[qwone]

Открываем Орлов П.И. Основы конструирования. Кн. 1 (из 3) https://dwg.ru/dnl/2122 и читаем со стр 360

[йцуке]

Почему-то никто не спросил про тип уплотнения т.е. о прокладках. Из какого материала они сделаны и какого типа? Думаю, что шпильки прогреваются не так сильно как фланец, а значит фланец растягивает болт при расширении. Можно пробовать несколько вариантов-теплоизолировать фланец вместе с болтами обеспечив общую температуры, поставить как писали, компенсионные шайбы или тарельчатые пружины повышенной жёсткости. Подозреваю, что не поставили овальные прокладки (они же на большое давление), но думаю стоит попробовать (если возможно переточить под такое уплотнение).

[Black Daimond]

Как вариант, можно использовать водоохлаждаемые фланцы

[SergZZZ]

Посмотрите еще как можно уменьшить температуру болтов. Если уже нельзя, то можно просто удлинить болты так, чтобы была приличная холодная часть длины болта, холодная часть болта и холодная дистанционная втулка будут сохранять упругие свойства и компенсировать вам температурные разупрочнения и деформации. Нержавейка имеет хреновую теплопроводность и часть длины болта будет холодной. Обычные упругие элементы в зоне нагрева работать не будут. Предел упругости холодной части болта должен быть в пару раз больше температурного расширения нагретой части.