NBT非标法兰合理设计实操方法

《压力容器设计工程师培训教材》12.8节基于法兰强度计算的原理给出了法兰连接合理设计的三个关键,如下图1所示,12.7.3节基于法兰刚度计算的原理说明“当J1时,应增加法兰厚度δf或锥颈小端厚度δ0,直至J≤1。”下面给出一种在法兰中运用这几个关建点的方法:

图1

非标法兰设计前先要确定几个设计参数:

设计载荷,如设计压力、设计温度、法兰的外载荷(轴向力或弯矩);

垫片系数m、垫片比压力y,设计条件图一般会规定垫片材料,按垫片材料查标准即可确定m和y。SW6包含了常用垫片的参数,设计时选对应材料即可;

螺柱许用应力,SW6包含了常用螺柱材料的许用应力,设计时选对应材料即可;

与法兰焊接的筒体内径Di及厚度δ0,δ0由筒体计算得到。

初定法兰尺寸

法兰计算过程复杂,而且计算过程中有系数是查图表而得,非标法兰的合理尺寸不能通过一步到位的计算得到,需要试算、调整直至达到设计目标。非标法兰多为环形锻件机械加工而来,法兰内径取决于与之焊接的筒体厚度内径Di及厚度δ0,法兰总高H越小、法兰外径D越小,采购成本越低,即为合理的设计;另外,法兰环厚度δf与锥颈高度h相差不宜过大,一般δf/h在0.6~1.5,接近1.0更好。

图2

不带颈的非标法兰相对简单,下面以带颈对焊非标设备法兰为例详细说明,锥颈小端可以没有直边段,如图2所示。试算时设备法兰初定尺寸可以按下述方法:

序号符合名称初定公式备注a锥颈小端厚度δ0δ0锥颈小端厚度取对接筒体厚度b锥颈大端厚度δ1δ1=2*δ0DN≤mm时可以增大到3*δ0c锥颈高度hh=3*(δ1-δ0)根据计算结果调整,调整时兼顾δf/h在0.6~1.5d螺栓数量n和直径dB保证尽可能少的螺栓截面积,尽可能小的螺栓中心圆直径e螺栓圆直径D1、法兰外径DD1=Di+2*δ1+2*LAD=D1+2*LeD1和D可以适当的向上圆整,一般圆整成5或0结尾的整数。随dB的变化而变化f凹面法兰密封面直径D3,D2D3=D1-6*2-dB-3D2=D3-10D3、D2可以适当向下圆整随dB的变化而变化f凸面法兰密封面直径D4D4=D3-3随dB的变化而变化fRF面法兰密封面的直径D5D5=D1-dB-2*w+3缠绕垫最小宽度w需要与垫片厂家确认,没有外环的垫片,可取w=10随dB的变化而变化g凹凸面密封的法兰垫片外径dgodgo=D3-1随dB的变化而变化gRF面密封的法兰垫片外径dgodgo=D1-dB-2*w

缠绕垫最小宽度w需要与垫片厂家确认,没有外环的垫片,可取w=10

随dB的变化而变化

h垫片内径dgidgi=dgo-2*wg垫片宽度wg可以参照相近压力级相近直径的标准垫片随dB的变化而变化

锥颈小端厚度取对接筒体厚度δ0

锥颈大端厚度δ1取2*δ0,公称直径小于mm的设备法兰可以增大到3*δ0,计算后根据计算结果调整

计算了NB/T法兰颈部端厚度δ2(相当于图2中的δ1)与对接筒体最小厚度δ0的比值如下表所示,DN≤mm的设备法兰δ2:δ0的比值多数在2.5~3.7之间,其余设备法兰δ2:δ0的比值多数在1.8~2.2之间。

PNDNδ2δ0δ2:δ00.6DN.2:10.6DN.2:10.6DN.2:10.6DN.2:10.6DN.2:10.6DN126141.9:10.6DN.9:10.6DN.9:10.6DN.8:10.6DN.8:10.6DN.7:10.6DN.7:10.6DN.6:10.6DN.6:11DN.5:11DN.5:11DN.5:11DN.7:11DN.7:11DN.7:11DN.7:11DN.8:11DN.8:11DN2282.8:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN.2:11DN126141.9:11DN:11DN:11DN:11DN:11DN.9:11DN.9:11DN.8:11DN.8:11.6DN.7:11.6DN.7:11.6DN.7:11.6DN.8:11.6DN.8:11.6DN.8:11.6DN.2:11.6DN.2:11.6DN.6:11.6DN26122.2:11.6DN.2:11.6DN.2:11.6DN.9:11.6DN.9:11.6DN.9:11.6DN.9:11.6DN:11.6DN:11.6DN.8:11.6DN132181.8:11.6DN.8:11.6DN.8:11.6DN.7:11.6DN.7:11.6DN.7:11.6DN.7:11.6DN.7:11.6DN.7:12.5DN.7:12.5DN.7:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.6:12.5DN.6:12.5DN.6:12.5DN.6:12.5DN.6:12.5DN26122.2:12.5DN.7:12.5DN.3:12.5DN.3:12.5DN.3:12.5DN:12.5DN:12.5DN:12.5DN.8:12.5DN.1:12.5DN142221.9:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.8:12.5DN.8:14DN.3:14DN.3:14DN.2:14DN.2:14DN.2:14DN.2:14DN.2:14DN.3:14DN.3:14DN32162:14DN.3:14DN:14DN.1:14DN.9:14DN.9:14DN.9:14DN.9:14DN.9:14DN.8:14DN148261.8:14DN.8:14DN.8:16.4DN.3:16.4DN.3:16.4DN.2:16.4DN.7:16.4DN.7:16.4DN.7:16.4DN.6:16.4DN.3:16.4DN.3:16.4DN42182.3:16.4DN.2:16.4DN.1:16.4DN:16.4DN.9:1

锥颈高度h,初定3*(δ1-δ0),根据计算结果调整;

计算了部分NB/T法兰锥颈斜度,得到的结果分布范围较大,1:2.5~1:5,GB/T.3中图7-1d)不带直边段的带颈对焊法兰需要满足斜度不大于1:3,且h≥1.5*δ0。后续调整时兼顾δf/h在0.6~1.5。

PNDNδ2δ1h锥颈斜度1DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN:2.51DN2212251:2.51DN:2.51DN:2.51DN:3.51DN:3.51DN:3.51DN:41DN02616401:41DN:41DN:51DN12618401:51DN:3.31DN:3.31DN:4.21DN:4.21DN:4.21DN:4.21DN:4.21DN:4.2

螺栓数量n和直径dB参照压力级按低一级的标准设备法兰或管法兰,根据计算结果调整;

计算结果如果没有提示螺栓截面积不足,减少螺栓直径重新计算,直到计算结果提示螺栓截面积不足;

计算结果提示螺栓截面积不足后,增加螺栓数量重新计算,直到不再提示螺栓截面积不足;

螺栓数量增加到提示“螺栓间距小于螺栓最小允许间距”时,应增大螺栓直径计算结果重新计算;

计算结果如果没有提示螺栓截面积不足,则减少螺栓数量重新计算,直到提示螺栓截面积不足,再增加到刚好能计算通过的螺栓数量即可;

计算结果如果提示螺栓截面积不足,回到ii继续调整。

上述调整过程结合下面e中确定的螺栓中心圆直径,能保证尽可能少的螺栓截面积,尽可能小的螺栓中心圆直径,从而获得尽可能小的法兰力矩。

螺栓圆直径D1、法兰外径D

按国标设计的非标法兰,LA和Le最小值应符合GB/T.3中表7-3的规定,如图3所示。D1=Di+2*δ1+2*LA,D=D1+2*Le。D1和D可以适当的向上圆整,一般圆整成5或0结尾的整数。

图3

按ASME标准设计的非标法兰,RA和E最小值应符合TEMA中SECTION9TABLED-5(见图4)或TABLED-5M(见图5)的规定。D1=Di+2*δ1+2*RA,D=D1+2*E。D1和D可以适当的向上圆整,一般圆整成5或0结尾的整数。

图4

图5

密封面外径,满足结构制造需要的前提下,垫片宽度不变时,密封面外径越大螺栓肩越小,法兰力矩也随之越小。

螺栓公称直径为dB,图2所示的凹面法兰,D3=D1-6*2-dB-3,D2=D3-10,D3、D2可以适当向下圆整。

与凹面法兰配对的凸面法兰,如图6所示,D4=D3-3;

图6

RF面法兰密封面的直径D5取消决于垫片的制造,RF面法兰缠绕垫需要带外环(对中环),外环(对中环)宽度w一般不小于10mm,大直径的缠绕垫外环(对中环)最小宽度w需要与垫片厂家确认。波齿垫、非金属垫片没有外环,可取w=10.D5=D1-dB-2*w+3

垫片外径dgo、凹凸面密封的法兰dgo=D3-1,垫片外径比凹面内径小1mm;RF面密封的法兰dgo=D1-dB-2*w,垫片外径比RF面外径小3mm.

垫片内径dgi

垫片外径dgo确定后,由垫片宽度wg可得垫片内径dgo。垫片宽度wg可以参照相近压力级相近直径的标准垫片,计算了NB/T缠绕垫的垫片宽度wg,公称直径大于mm的法兰垫片宽度均为25mm,公称直径小于mm的法兰垫片宽度16-25mm,规律是相同压力级的法兰垫片直径大的垫片宽度大,规律是相同直径的法兰垫片压力级高的垫片宽度大。dgi=dgo-2*wg

法兰厚度δf可以不输入,由软件计算得出厚度,再根据计算结果调整,调整时兼顾δf/h在0.6~1.5

法兰尺寸的调整

《压力容器设计工程师培训教材》12.10节结出了法兰尺寸的调整方法,如图7所示。

图7

f→1并不表示f约为1,计算了部分NB/T法兰f值,且计算了锥颈延长到对接筒体厚度δ0的f值,如下表所示,下表中δ2相当于图2、图6中的δ1。PN1.0标准设备法兰f值约为1.2~2.1,延长到对接筒体厚度后f值在1.4~3.0的范围内。

非标法兰设计时f在1.6左右比较好,如f超过3.0建议调整,此时可以增加锥颈高度h兼顾δf/h在0.6~1.5、减少颈部大端厚度δ1,也可以增加颈部小端厚度δ0同时加厚对接筒体厚度。

SW6计算时法兰环厚度δt可以不输入,PVElite计算时按软件提示输入法兰环厚度δt,略大于软件计算的厚度即可,兼顾δf/h在0.6~1.5。

当J1时,应增加法兰厚度δf或锥颈小端厚度δ0,直至J≤1。

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δ2

δ1δ0hhy以δ2和δ1和h计算f以δ2和δ0和hy计算f1DN1..DN1..DN1..DN1..DN1..DN1..DN1..DN1..DN1..DN221282..DN02..DN22121025..DN..DN..DN..DN..DN026161240..DN..DN..DN126181440..DN53...DN53...DN66...DN66...DN66...DN66...DN66...DN66...预览时标签不可点收录于合集#个上一篇下一篇

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