Engineering technique for calculating rational geometric dimensions of a sealing joint with thin-walled elements

Authors

  • Yuriy I. Belogolov Irkutsk State Transport University

Keywords:

pipeline fittings, valve, thin-walled shell, thin-walled plate, elastic edge, sealing load, metal-to-metal connections, functions of A.N. Krylov

Abstract

Thin-walled metal elements are widely used in sealing joints of various engineering structures. This is due to the increasing requirements for the performance characteristics of shutters that ensure tightness in an "aggressive" environment at high pressures. Under such conditions, the resource of metal-polymer sealing joints is reduced. The use of thin-walled shells in the shutters provides the sealing force achieved in metal-polymer sealing joints as well as the uniform distribution of the contact pressure in the sealing joint, and minimizes the drive force. The main disadvantage of joints with thin-walled shells is their low resistance to force (shock) loading from the "spool" (movable part of the gate). The "sensitivity" of a thin-walled shell to such loading can be compensated by lowering its reduced stiffness. This is achieved by connecting the thin-walled shell and the plate, which has a rigid termination along the contour. When reducing a rigidity of a thin-walled element (shell-plate), the calculation of the connection is required in order to determine the rational geometric dimensions (thickness) and ensure its strength. Many works are devoted to the calculations of thin-walled shells and plates. The lack of scientifically grounded methods for calculating the rational geometric dimensions of thin-walled seals hinders their use in the valve industry. The complexity of developing a calculation method is due to the fact that such  problem usually does not have an analytical solution. In the article the calculation of the reduced stiffness of a thin-walled seal is considered in detail. The developed technique makes it possible to formulate an optimization problem. In addition, clarifications were made when calculating flange connections and the effect of pressure of the working medium.

References

Долотов А.М. Уплотнительные соединения с использованием тонкостенных элементов / А.М. Долотов, В.Е. Гозбенко, Ю.И. Белоголов ; Иркут. гос. ун-т путей сообщ. Иркутск, 2011. 72 с. : ил. 78. Деп. в ВИНИТИ 22. 11. 2011, № 508-В2011.

Долотов А.М. Основы теории и проектирования уплотнений пневмогидроарматуры летательных аппаратов : учеб. пособие / А. М. Долотов, П. М. Огар, Д. Е. Чегодаев. М. : Изд-во МАИ, 2000. 296 с. ISBN 5-7035-2307-9.

Кондаков Л.А. Уплотнения и уплотнительная техника : справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др. М. : Машиностроение, 1986. 464 с.

Тимошенко С.Л., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М. : ГИФМЛ, 1963. 635 с.

Гольденвейзер А.Л. Теория тонких упругих оболочек. М. : ГИТТД, 1953. 544 с.

Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций. М. : Машиностроение, 1974. 486 с.

Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. М. : Наука, 1967. 984 с.

Батуев Г.С. Инженерные методы исследования ударных процессов / Г.С. Батуев, Ю.В. Голубков, А.К. Ефремов и др. М. : Машиностроение, 1977. 240 с.

Долотов А.М. Разработка методов расчета и проектирование уплотнений с оболочечным элементом для летательных аппаратов : дис. … док. тех. наук : 05.07.05, 05.02.02 / А. М. Долотов. М., 1994. 280 с.

Долотов A.M. Зацарный В.А. Расчет жесткости упругих затворов // Вестник Львов. политехн. ин-та. 1983. № 170. С. 65–66.

Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин. М. : Машиностроение, 1973. 456 с.

Артюхин Ю.П. Решение задач нелинейного деформирования пластин и пологих оболочек методом граничных элементов / Ю.П. Артюхин, А.П. Грибов. Казань : Фэн, 2002. 199 с.

Чуватов В.В. Расчет пластинок на прочность и устойчивость методом сеток. Свердловск : УПИ, 1972. 107 с.

Беляев Н.М. Сопротивление материалов М. : Наука, 1976. 608 с.

Вольмир А.С., Григорьев Ю.П., Станкевич А.И. Сопротивление материалов : учебник для вузов. М. : Дрофа, 2007. ISBN 978-5-358-01283-7.

Расчеты на прочность в машиностроении : в 3-х т. / под ред. С.Д. Пономарева. М. : Машгиз, 1956-1959. 3 т.

Долотов А.М., Белоголов Ю.И. Определение перемещений в оболочечно-пластинчатом седле клапана // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 2 (18). С. 22–28.

Герасимов С.В., Долотов А.М., Белоголов Ю.И. Математическая модель динамического нагружения двухседельного клапана // Тр. Брат. гос. ун-та. Братск, 2012. Сер. : Естественные и инженерные науки. С. 126–129.

Герасимов С.В., Долотов А.М., Саакян К.Г. Расчет седла уплотнительного соединения, нагруженного затвором и давлением герметизируемой среды // Механики XXI веку : сб. докл. XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участ. Братск, 2012. № 11. С. 106–111.

Долотов А.М. Белоголов Ю.И. Пути совершенствования клапанных уплотнительных соединений с оболочечными седлами // Енерго та ресурсозберiгаючi технологiї при експлуатацiї машин та устаткування : Матерiали 4-ої мiжвузiвської науково-технiчної конференцiї викладачiв, молодих вчених та студентів. Донецьк, 2012. С. 87–88.

Белоголов Ю.И. Совершенствование конструкций уплотнительных соединений с тонкостенными элементами (упругой кромкой) : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Братск, 2013. 9 с.

Published

2021-09-30

How to Cite

Белоголов, Ю. И. (2021). Engineering technique for calculating rational geometric dimensions of a sealing joint with thin-walled elements. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (3(71), 25-33. Retrieved from http://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/284

Issue

Section

Machine construction and theoretical engineering

Most read articles by the same author(s)