法蘭設計

1、法蘭設計,,,法蘭設計總則,當選用JB/T4700~4707標準時，可免除計算帶頸法蘭應采用熱軋或鍛件經機加工制成，加工后的法蘭軸線須與原熱軋件或鍛件的軸線平行。采用鋼板制造帶頸法蘭時，應符合7.1.4要求。碳素鋼或低合金鋼制法蘭在下列任一情況下應經正火處理：1.法蘭斷面厚度大于50mm,2.鍛制法蘭螺栓的公稱直徑應不小于M12，當公稱直徑大于M48時，應采用細牙螺紋。,法蘭計算模型,松式法蘭：凡是法蘭環(huán)和殼體壁（或管壁）并無固定

2、連接關系或雖有固定連接關系但不能有效地保證與殼體（或管壁）同時受載，同時變形的法蘭。螺紋法蘭也是松式法蘭。整體法蘭：凡是法蘭環(huán)和殼體整體鍛成或法蘭環(huán)與殼體壁（或管壁）全部焊透以保證法蘭環(huán)與殼體（或管壁）同時受載，同時變形的法蘭。 整體法蘭的強度和剛度都比較高，適用于壓力 和溫度較高的場合。法蘭環(huán)的受力會牽動容器或接管，在容器或接管上產生附加彎曲應力。,鐵木辛柯法和華脫爾斯法的基本假設,鐵木辛柯法和華脫爾斯法的計算結果,法蘭

3、力矩和螺栓的計算,預緊狀態(tài)的法蘭力矩： Ma=（Am+Ab）/2*[σ]b *LG操作狀態(tài)下的法蘭力矩： FD=0.785*Di 2 PC FT=F-FD MP=FD*LD+FT*LT+FG*LG 法蘭設計力矩:Mo 取大值{ Ma [σ]ft /[σ]f , MP } 見計算書闡述：墊片有效密封寬度，特性參數(shù)（m,y),壓緊力作用中

4、心圓直徑，墊片壓緊力，螺栓載荷，螺栓設計載荷，螺栓布置間距要求。,法蘭剛度校核,當法蘭在相同的操作條件下有成功的使用經驗時可以免除剛度校核。對承受內壓的窄面整體法蘭和按照整體法蘭計算的窄面任意式法蘭，剛度指數(shù)按照下式計算：,外壓法蘭的計算,外壓法蘭可按內壓法蘭計算，但螺栓面積僅需按照預緊狀態(tài)考慮法蘭力矩按以下公式計算： MP=FD*LD+FT*LT- FG*LG

5、 FG=FD+FT MP=FD* （LD-LG ）+FT*（LT-LG ）,寬面法蘭,在整個法蘭密封面都鋪設墊片，即為寬面法蘭。計算方法采用巴赫法，系將連接在筒體上的法蘭環(huán)視作是懸臂梁，計算在設計力矩作用下法蘭環(huán)的彎曲應力并使之滿足法蘭環(huán)材料的許用應力。適用于壓力不高的場合，具體見GB150的7.8條。,橢圓形法蘭設計,SW6中有非圓形法蘭的計算計算模型及原理見HG20582

6、-1998 《非圓形法蘭的設計和計算》，和GB150的計算公式不同，所以計算出來的結果和以橢圓長軸當量圓環(huán)直徑計算結果不一致。O形圈法蘭計算，未計及墊片壓緊力的作用。,華脫爾斯法存在的問題,法蘭應力只考慮了法蘭力矩的作用。實際上由壓力在法蘭直邊段中產生的應力并非很小。對于平焊法蘭來說，其直邊段厚度即為與法蘭對接的圓筒的厚度。此厚度按內壓圓筒計算。內壓圓筒計算此壁厚時，將其環(huán)向薄膜應力控制在一倍筒體材料的許用應力[σ]，此時圓筒中的軸

7、向薄膜應力 σ H P 即達0.5[σ]。這軸向應力 σ H P 相比法蘭力矩在法蘭錐頸上引起的法蘭軸向彎曲應力 σ H （按標準控制1.5[σ]），可見 σ H P ≈ σ H /3，故 σ H P 已非小量。 同時因為一次總體薄膜應力，而 又為一次彎曲應力。即法蘭錐頸小端的總軸向應力為 σ H P + σH 。根據塑性力學的極限設計原理： σ H P + σH ≤ 1.5[σ] 。而Waters法中已將σ

8、H 控制至1.5[σ]，為此是不合理的。,華脫爾斯法存在的問題,華脫爾斯法存在的問題,ASME標準中法蘭剛度的計算,美國ASME標準為了解決Waters法可能造成的較大變形引起泄漏問題，對該法補充提出了剛度計算要求。此剛度法對整體法蘭來說，實質上是控制錐頸大端的偏轉角≤2/3°，比英國BS1500的限制法蘭密封面偏轉角3/4°稍小。 松式法蘭控制偏轉角≤0.2°Waters法是通過以強度控制形式進

9、行設計。 ASME剛度法是對法蘭錐頸大端偏轉角以（2/3）°加以限制，以剛度控制形式進行計算。剛度法對錐頸表面的軸向應力σH是不加控制的。而錐頸表面的軸向應力σH是與錐頸表面離錐頸中性面的距離成正比的。,ASME標準中法蘭剛度的計算,對較厚的錐頸，在按剛度法控制錐頸端部(2/3) °轉角時，由于錐頸表面離中性面較遠，為此錐頸表面產生較大的σH，以至可能超過1.5[σ]，導致M剛大于M強。即按剛度法設計的法蘭，并不能滿

10、足強度法的設計要求。相反此時按強度法設計的法蘭則可自動滿足剛度法的要求（偏轉角≤ (2/3) ° ）。相反，對較薄的錐頸，在按剛度法控制錐頸端面（2/3）°轉角時，由于錐頸表面離中心面較近，為此錐頸表面產生較小的σH，以至于1.5[σ]，導致M剛小于M強。即按剛度法設計的法蘭能同時滿足強度法的要求。相反，此時按強度法的設計則并不能滿足剛度的要求。 即兩種方法何種起控制作用取決于法蘭錐頸的厚度。,高壓設備水壓

11、時螺栓預緊力過大問題,X24項目沉降器設備，水壓試驗時螺栓預緊力遠超過計算所得的數(shù)據，墊片表面的粗糙度、密封面的粗糙度都對結果有很大的影響，以水壓狀態(tài)上緊的螺栓在實際使用過程中會造成螺栓的應力超過所允許的許用應力。關于JMH12-3-80010液壓拉伸器的拉伸力：（20個M72X4螺栓） 預緊時所需的總的螺栓力為13714316N 操作時所需的總的螺栓力為5918957N,法蘭、墊片、螺栓設計時注意事項,化工部管法蘭標準有

12、歐洲體系和美洲體系，設備法蘭標準為JB/T4700~4703。具有確定公稱壓力的法蘭根據材料和設計溫度的不同具有不同的最高允許工作壓力，在選用標準時，必須查詢對應的壓力-溫度額定表。標準中列出了法蘭、墊片、緊固件的選配原則。緊固件分為低強度，中等強度及高強度三種強度等級，按照對材料的控制又可以分為專用級和商品級。襯里法蘭蓋的塞焊孔和位置可參照化工部管法蘭標準。,法蘭、墊片、螺栓設計時注意事項,不銹鋼襯里法蘭蓋的使用溫度上限不大于