Расчет сосуда под давлением

[Leadstar]

Добрый день.
Данный сосуд находится под давлением 21 МПа (жидкость внутри). Представим, что правое отверстие в гайке заглушено. Опасное место в этой конструкции - соединение по сфере R43. По какой методике проводить прочностной расчет, чтобы отверстие в гайке ф77 не раздуло до ф84 (вследствие чего труба вылетит из гайки)?

[Kirilius83]

С чего там вдруг слабое место?

Вот если надо проверить вылетит или нет, то задача чуть другая: адвление стремится сдвинуть штуцер вдоль оси (влево), действует на площади, ограниченной уплотнением (какой там диаметр кольца?), площадь*давление=сила, вот 55,5х210=11,7 тонн нагрузка. Вот на эту нагрузку считаем и резьбу (на выпуклый глаз - даже из Ст3 выдержит тонн 30..50), и сечение в канавке на разрыв, и кольцевое сечение около сферы на срез.
Сможет ли сфера раздвинуть гайку - тут хитрее, наверно надо через косинусы/синусы разложить силы на осевые и радиальные, и посчитать деформацию. Трением пренебречь - пойдет в запас прочности.

Но вообще там сферу никто не делает, просто плоский торец и все, достаточно сферы для уплотнения, справа. Если боиесь перкосов - тогда уж справа направляющий цилиндр, а то и вообще уплотняться по цилиндру а не сфере - тогда от момента затяжки герметичность не зависит, а иначе могут быть проблемы с затяжкой.

[Leadstar]

Слабое место, потому что на испытаниях ее раздуло. Вот теперь и думаю почему.
Когда проектировал, считал слабым местом стенку в левом штуцере (разница диаметров 63 и 72). Подобрал нужное временное сопротивление и материал, а про сферу почему то не задумался даже. Штуцер испытания прошел, а вот гайка - нет.
Но у меня есть подозрение, что при изготовлении на гайке прослабили диаметр 77, а ОТК это не заметили (из партии около 100 изделий, раздуло только одну гайку).
Вот и решил подстраховаться, пересчитать.
PS сфера нужна конструктивно - компенсировать перекосы (соединение подвижное +- пару градусов).

Сможет ли сфера раздвинуть гайку - тут хитрее, наверно надо через косинусы/синусы разложить силы на осевые и радиальные, и посчитать деформацию

Тут хитрее, да, над этим и ломаю голову

PPS А, еще важное дополнение. К гайке привариваются два ушка (две трубки диаметром около 25, длиной около 20мм, для затяжки ключом). Может из-за сварки материал подпортился.

[beginner]

Как мне представляется, то опасное место этой конструкции - приваренная крышка.

Раз уж на испытаниях гайку "раздуло", то быть может предоставите действительные размеры "раздутой" гайки, чтобы можно было её просчитать...

[Leadstar]

Нет, крышку я нарисовал условно. На самом деле там продолжение конструкции. Крышка - просто для наглядности, что сосуд замкнут. По факту на испытании раздуло гайку в диаметре 77.

[beginner]

Материал гайки какой?

Не по теме, но всё же.
что за подвижное соединение? т.е. гайка в процессе работы вращается относительно оси штуцера?
Просто я вижу у Вас посадку по конусу (кстати угол какой-то не стандартный...) и в таком случае мне не понятны эти перекосы +/- пару градусов. Откуда?

[Leadstar]

09Г2С

[СВ]

...
Сможет ли сфера раздвинуть гайку - тут хитрее, наверно надо через косинусы/синусы разложить силы ...

Чтобы угол был побольше, гарантированный контакт по сфере перенести ближе к диаметру 77, т.е. в гайке часть сферы (ближе к диаметру 84) удалить.
Центр сферы вправо не сдвинуть?

[Leadstar]

Сферу сдвигать - очень муторно. Проще материал попрочнее взять, ту же 40Х и с подогревом приварить уши (но технологи не хотят). Только вот знать бы, какие механические свойства тут нужны, а как считать - не понимаю.
Если сдвигать сферу, то и ответные детали поплывут (которые не нарисованы здесь, например, справа в штуцере еще одна сфера, в которой проточена канавка под резиновое уплотнительное кольцо, и этот штуцер с резинкой садится в ответную сферу. Центр сфер - единый для всех трех деталей (чтобы обеспечить подвижность).

[Leadstar]

Просто я вижу у Вас посадку по конусу (кстати угол какой-то не стандартный...) и в таком случае мне не понятны эти перекосы +/- пару градусов. Откуда?

Там не конус, а сфера. Да, штуцер вращается относительно гайки. В гайке сфера и в штуцере сфера (R43). Центр вращения - там, откуда идет размер радиуса сферы (этот центр общий у гайки, у штуцера и ответной третьей детали, причем правая сфера на штуцере с другим радиусом, из соображений общего центра и прямой площадки на диаметре 77, иначе бы эти две сферы слились).

[beginner]

Быть может не сферу сдвигать, а просто левый торец гайки отодвинуть чуть левее.

Есть ли возможность чуть увеличить внешний диаметр гайки и не УХИ приваривать, а выполнить 2 лыски под ключ...

И еще вопрос:

А вы уверены, что пробное давление при испытании именно ИСПОРЧЕННОЙ гайки было выставлено верно?
А вдруг кто-то решил проверить при каком давлении гаечка лопнет?... а потом просто забыли Вам сказать про это...

[Kirilius83]

Во, сразу бы про испытания сказали)))

Ну, одна из 100 - это действительно болдьше на брак похоже. Но - можно проверить остальные при бОльшем давлении, если начнет раздувать - значит запас прочности мал.

Там действительно раздувание зависит от точки контакта - чем более пологий угол касательной в точке контакта, тем сильнее клин разжимает гайку. Сварка тоже влияет, естественно. Может там вообще гайку из другого металла сделали.
Удлините гайку, да и все.
Если хочется выяснить реальную прочность - испытайте еще раз и давите бар 300, если выдержит - то гарантровано запас прочности есть, если на 220 сломается - запас мизерный и на каких-то гайках на пределе допуска может и раздувать.

[Kirilius83]

Сферу сдвигать - очень муторно. Проще материал попрочнее взять, ту же 40Х и с подогревом приварить уши (но технологи не хотят). Только вот знать бы, какие механические свойства тут нужны, а как считать - не понимаю.
Если сдвигать сферу, то и ответные детали поплывут (которые не нарисованы здесь, например, справа в штуцере еще одна сфера, в которой проточена канавка под резиновое уплотнительное кольцо, и этот штуцер с резинкой садится в ответную сферу. Центр сфер - единый для всех трех деталей (чтобы обеспечить подвижность).

Сталь 30 же варится и прочнее 09Г2С? Сталь 20 возможно тоже.

Не делайте на гайке сферу - она во первых там излишяя, там и конуса хватит, во вторых при конусе контакт гарантированно по линии и в примерно известной точке, а если две сферы - то фиг знает где они коснутся друг друга, точно ведь не сделают, не подшипник. Всегда специально внутренний конус делают, наружную сферу.

[Leadstar]

Приду на работу, гляну, может можно увеличить длину гайки, сейчас не помню, мешает там что то или нет в общей конструкции. Но, опять же вопрос - на сколько удлинять? Методом тыка опять? 
Про пологий/непологий не совсем понял. Есть какая-нибудь формула/зависимость? Давление же во все стороны работает одинаково.

[Leadstar]

Сталь 30 же варится и прочнее 09Г2С? Сталь 20 возможно тоже.

Не делайте на гайке сферу - она во первых там излишяя, там и конуса хватит, во вторых при конусе контакт гарантированно по линии и в примерно известной точке, а если две сферы - то фиг знает где они коснутся друг друга, точно ведь не сделают, не подшипник. Всегда специально внутренний конус делают, наружную сферу.

Сталь 20 похуже. 30 - может быть, получше, но у нас она редко водится. Сфера на гайке обязательна. Это пункт из ТЗ - компенсировать осевое отклонение. Это принцип работы изделия, он должен в этом месте вращаться по сфере.

[beginner]

Leadstar, я вот не понимаю как гайку могло "раздуть".

Вы каким давлением испытывали?
Думаю нужно с этого начать.
А то у меня при 210 атм получается напряжение НЕ более 80 МПа в гайке, т.е. она НЕ может раздуться.
Но с другой стороны, я понимаю, что испытательное давление должны были давать на 30-50% больше номинального.

[Leadstar]

Я тоже не понимаю. Испытывали номиналом, 210 т.е. Но меня на испытаниях не было, может и превысили. Поэтому расчетами хочу удостовериться, что все окей в конструкции.
После испытаний деформация приняла такой вот вид (диаметр 110 вблизи сферы тоже раздуло, если считать по формуле, по которым считают трубопроводы на разрыв, то там даже трехкратным давлением ее не порвешь):

[Kirilius83]

Про пологий/непологий не совсем понял. Есть какая-нибудь формула/зависимость? Давление же во все стороны работает одинаково.

Нет там давления - гайка его вообще на прымую не восринимает. Там только осевая сила от штуцера, направлена строго в одном направлении)) А вот сила уже от давления появляется.

Сфера на гайке обязательна. Это пункт из ТЗ - компенсировать осевое отклонение. Это принцип работы изделия, он должен в этом месте вращаться по сфере.

Сфера обязательна на штуцере.  На гайке - нет. Посмотрите любое аналогичное соединение, что "американка" (шаровое с накидной гайкой, точно как у вас, конуса были 24 и кажется 37 гр), что банальная сферическая шайба по ГОСТу.

[Kirilius83]

Вспомнил где пример расчета можно глянуть - в деталях машин, соединения клиновые - там расчет клина был, кадется и раздувание считалось. Конические втулки те же...

[Leadstar]

Спасибо, гляну. Про конус понял. Я думал два конуса предлагаете делать (конус по конусу).
Но, мне кажется, сфера по конусу будет продавливать колею (т.к. площадь контакта будет меньше, следовательно, смятие будет глубже), отсюда и вращение будет хуже. Но может и ошибаюсь.