化工压力容器法兰设计.pptx

法兰设计总则
当选用JB/T4700~4707标准时,可免除计算
带颈法兰应采用热轧或锻件经机加工制成,加工后的法兰轴线须与原热轧件或锻件的轴线平行。采用钢板制造带颈法兰时,。
碳素钢或低合金钢制法兰在下列任一情况下应经正火处理:,
螺栓的公称直径应不小于M12,当公称直径大于M48时,应采用细牙螺纹。
法兰计算模型
松式法兰:凡是法兰环和壳体壁(或管壁)并无固定连接关系或虽有固定连接关系但不能有效地保证与壳体(或管壁)同时受载,同时变形的法兰。螺纹法兰也是松式法兰。
整体法兰:凡是法兰环和壳体整体锻成或法兰环与壳体壁(或管壁)全部焊透以保证法兰环与壳体(或管壁)同时受载,同时变形的法兰。
整体法兰的强度和刚度都比较高,适用于压力和温度较高的场合。法兰环的受力会牵动容器或接管,在容器或接管上产生附加弯曲应力。
铁木辛柯法和华脱尔斯法的基本假设
铁木辛柯法
华脱尔斯法
法兰环和壳体(接管)均处于弹性状态,不发生屈服和蠕变现象。
法兰环和壳体(接管)均处于弹性状态,不发生屈服和蠕变现象。
将法兰环视为受均布扭矩作用的矩形截面圆环,在扭矩作用下只绕其形心旋转,不发生畸变和弯曲。
将法兰环视为受均布弯矩作用的环板,法兰环,锥颈(当有锥颈时),圆筒三者相连而组成两对边缘问题,他们的变形均相互协调。
将螺栓孔的影响忽略不计,将法兰环视为实心圆环。
将螺栓孔的影响忽略不计,将法兰环视为实心圆环。
都只受螺栓力所引起的力矩,略去介质内外压引起的薄膜应力。
都只受螺栓力所引起的力矩,略去介质内外压对法兰环,锥颈(当有锥颈时),圆筒引起的薄膜应力。
铁木辛柯法和华脱尔斯法的计算结果
铁木辛柯法
华脱尔斯法
计算活套法兰时,法兰环上仅为周向弯曲应力。未考虑带锥颈的活套法兰。
计算活套法兰(不带颈)时,法兰环上仅为周向弯曲应力。带颈时,锥颈小端不受力。一对边缘应力作用。
计算整体法兰时,法兰环和壳体(接管)的变形协调,只有一对。最大周向弯曲应力发生在法兰环内侧的上下表面,法兰环上无径向力;圆筒上存在轴向弯曲应力,周向弯曲应力和周向薄膜应力。轴向边缘应力大于周向边缘应力,所以仅校核轴向边缘应力。未考虑带锥颈的整体法兰。
法兰环上有环向和径向弯曲应力,锥颈和圆筒上有轴向弯曲应力和周向应力,轴向边缘应力大于周向边缘应力,所以仅校核轴向边缘应力。
法兰力矩和螺栓的计算
预紧状态的法兰力矩: Ma=(Am+Ab)/2*[σ]b *LG
操作状态下的法兰力矩: FD=*Di 2 PC
FT=F-FD
MP=FD*LD+FT*LT+FG*LG
法兰设计力矩:Mo 取大值{ Ma [σ]ft /[σ]f , MP }
见计算书阐述:垫片有效密封宽度,特性参数(m,y),压紧力作用中心圆直径,垫片压紧力,螺栓载荷,螺栓设计载荷,螺栓布置间距要求。
法兰刚度校核
当法兰在相同的操作条件下有成功的使用经验时可以免除刚度校核。
对承受内压的窄面整体法兰和按照整体法兰计算的窄面任意式法兰,刚度指数按照下式计算:
外压法兰的计算
外压法兰可按内压法兰计算,但螺栓面积仅需按照预紧状态考虑
法兰力矩按以下公式计算:
MP=FD*LD+FT*LT- FG*LG
FG=FD+FT
MP=FD* (LD-LG )+FT*(LT-LG )
宽面法兰
在整个法兰密封面都铺设垫片,即为宽面法兰。
计算方法采用巴赫法,系将连接在筒体上的法兰环视作是悬臂梁,计算在设计力矩作用下法兰环的弯曲应力并使之满足法兰环材料的许用应力。
适用于压力不高的场合,。
椭圆形法兰设计
SW6中有非圆形法兰的计算
计算模型及原理见HG20582-1998 《非圆形法兰的设计和计算》,和GB150的计算公式不同,所以计算出来的结果和以椭圆长轴当量圆环直径计算结果不一致。
O形圈法兰计算,未计及垫片压紧力的作用。
华脱尔斯法存在的问题
法兰应力只考虑了法兰力矩的作用。实际上由压力在法兰直边段中产生的应力并非很小。对于平焊法兰来说,其直边段厚度即为与法兰对接的圆筒的厚度。此厚度按内压圆筒计算。内压圆筒计算此壁厚时,将其环向薄膜应力控制在一倍筒体材料的许用应力[σ],此时圆筒中的轴向薄膜应力σ H P [σ]。这轴向应力σ H P 相比法兰力矩在法兰锥颈上引起的法兰轴向弯曲应力σ H ([σ]),可见σ H P ≈σ H /3,故σ H P 已非小量。
同时因为一次总体薄膜应力,而又为一次弯曲应力。即法兰锥颈小端的总轴向应力为σ H P + σH 。根据塑性力学的极限设计原理: σ H P + σH ≤ [σ] 。而