Jdi na obsah Jdi na menu
 


Pevnostní výpočet přírubového spoje

9. 8. 2013

 

1.    Použité značky a jednotky 
 
Poř. č.
Značka
Název veličiny
1.
C1
deformační konstanta šroubu
2.
C2
deformační konstanta matice
3.
l1
 
4.
l2
délka spojovaných částí
5.
m
výška matice
6.
D0
průměr otvoru pro šroub
7.
Dn
průměr náhradního válce určený z deformačního dvojkužele
8.
(ksí)
součinitel přetížitelnosti
9.
Mu
utahovací moment
10.
Fs
osová síla ve šroubu (provozní)
11.
(delta)Fs
vzrůst osové síly ve šroubu
12.
F
zatěžující síla, připadající na jeden šroub
13.
F0
potřebná síla předpětí spoje na jeden šroub
14.
k
součinitel bezpečnosti
15.
kd
dovolený součinitel bezpečnosti.
18.
 
 
19.
 
 

 

2. Pevnostní výpočet přírubového spoje

2.1. Všeobecné informace

Přírubový spoj je vystaven za provozu vysokému namáhání, neboť se zde sečítají různé vlivy. Nejvíce je přírubový spoj namáhán nutným utažením přírubových šroubů, které vyvolává jeho předpětí. Další namáhání vznikne působením vnitřního přetlaku a také působením tepelného šoku stěnou za provozu. K uvedeným namáháním přistupují další namáhání, zejména od sil a momentů vyvolaných teplotní dilatací potrubí, jeho vlastní vahou apod.  Za ohřevu a chladnutí se zvyšuje namáhání přírubového spoje, neboť změna teploty přírubového listu a přírubových šroubů je různá.
V minulosti, která přetrvává až do dneška, vycházelo dimenzování přírubových spojů  pouze z pevnostního hlediska, přičemž těsnost byla ve výpočtu zahrnuta odhadnutými hodnotami utahovacího tlaku y a součinitele těsnění m (ČSN, DIN, ASME-Code, BS aj.). Jde o výpočtovou metodu Taylor-Forgeovu.
V současné době je v normách  povolena metoda tato jako jedna z alternativ. Druhá alternativa je zde též uvedena, je to  metoda následující v následující složce, tj. podle ČSN EN 1591 se zajištěním těsnosti.

                Pro pevnostní výpočet přírubového spoje platí ve všeobecnosti

následující postup:

·  Určení žatížení přírubového spoje

Nejprve vypočítáme provozní zatížení od tlaku v potrubí a od vnějších sil a momentů. Přepočet zatížení momentem na zatížení silou najdeme, zde.

·   Určení průměru a počtu šroubů přírubového spoje

Průměr a počet šroubů přírubového spoje zvolíme dle rozměrové normy jednotlivých přírub - konkrétně velikosti otvoru pro šroub. Dále určíme sílu připadající na jeden šroub a poté provedeme předběžnou kontrolu jeho velikosti podle tabulky uvádějících axiální únosnost jednotlivých šroubů

·   Určení silových účinků na přírubovém spoji

  

obr1.jpg

 Obrázek k odvození deformační konstanty přírub
 

Potřebná síla předpětí spoje F0 (N),

vz1.jpg

Hodnotu součinitele přetížitelnosti volíme z intervalu (0,2 až 1,2). Z rovnováhy sil na šroubu můžeme pomocí klasických vztahů odvodit potřebný utahovací moment Mu(N.mm).

Vzrůst osové síly na šroubu delta Fs (N) vlivem zatežující síly F (síly připadající na jeden šroub)je takováto:

vz2.jpg

Celková síla zatěžující šroub (nárůst):

vz3.jpg

· Pokles těsnicí síly

vz4.jpg

Těsnicí síla v provozu:

vz5.jpg

·  Pevnostní kontrola šroubů

-   Zatížení při montáži
Šroub je pri montáži namáhán tahem a krutem. Počítáme tedy velikost napětí v tahu a v krutu. Dále určíme redukované napětí a nakonec vypočítáme součinitel bezpečnosti k (-), který porovnáme s doporučenou hodnotou kd.
-   Zatížení při provozu.
Šroub je zatížen pouze provozní silou v tahu Fs. Kroutící moment po montáži v důsledku mikroposuvu částečně vymizí, proto jej neuvažujeme.Určíme tedy tahové napětí a poté stanovíme soucinitel bezpecnosti k (-), který porovnáme s doporučenou hodnotou kd .  
-   Kontrola v závitech matice, kontrolujeme otlačení v závitech matice. 

 

 

2.2. Trojúhelníkový diagram předpjatého spoje 

 

 obr2.jpg

Obrázek Trojúhelníkový diagram
 
Odvozené vztahy z diagramu:
 
platí-li, že síla od tlaku F

vz6.jpg

 
pak síla ve šroubech Fs

vz7.jpg

 

2.3. Pružinové systémy u přírubových šroubů

Nejvíce náchylné k netěsnostem jsou přírubové spoje s velkými změnami teplot. Přírubový spoj bez pružných elementů má jen malou zásobu pružnosti (pružné deformace), jak je patrné z horního náčrtu vlevo. Dolní náčrt znázorňuje jak pružné elementy zvětší možnost vzájemného pružného posun mezi natahovanými elementy (šrouby) a stlačovanými elementy (přírubami s těsněním), může to být několika- až desetinásobně. To znamená, že stejný rozdíl deformací šroubů a přírub s těsněním, který nastává při přechodových provozních stavech – najíždění a sjíždění – znamená u přírubového spoje bez pružných elementů relativně mnohem větší nárůst nebo úbytek síly ve spoji. Pružné elementy tedy toto kolísání sil ve spoji velmi omezují.Výhody pružných prvků:

a) snížení potřebné síly pro předpětí (montáž)

b) u cyklického zatížení snížení amplitudy síly roztahující šrouby,

c) snížení relaxace síly při postupném utahování šroubů

 

 2.4. Výstupy z výpočtu přírubového spoje
  
           Z výpočtu přírubového spoje je nutné jako výstup udávat tyto údaje:
-                             specifikace nebo potvrzení specifikace těsnění
-                            specifikace spojovacího materiálu (tj. šroubů, matic, podložek, průžných podložek atd.)
-                             specifikace maziva
-                             utahovací moment šroubového spoje. Předpokládáme použití normalizovaných přírub specifikovaných v potrubní třídě. I těsnění a spojovací materiál se poté zanese do potrubní třídy. Mazivo a utahovací moment se uvádí ve vhodném dokumentu projektu.
 
 
 
3. Literatura a odkazy pro další a podrobnější informace 
 
ČSN EN 13445-3 Netopené tlakové nádoby – Část 3 Konstrukce a výpočet , Příloha G Alternativní konstrukční pravidla pro příruby a těsněné přírubové spoje
ČSN EN 13555 Příruby a přírubové spoje - Parametry těsnění a zkoušení vztahující se na pravidla dimenzování přírubových spojů s kruhovými přírubami a těsněním.
ČSN 69 0010
ON 13 0001
Dále se uvedeným zabývá Mezinárodní úřad pro techniku chloru, tzv. BITC. Detailní požadavky jsou v uvedeny GEST 89/140 a 150, dále GEST 86/129 a GEST 86/128. 
Pospíšil F.: Závitová a šroubová spojení, SNTL Praha, 1968
Lukavský J.: Přírubové spoje - dosažení požadované těsnosti, 2010 http://www.tlakinfo.cz/t.py?t=2&i=1783