用途,范围和技术要求(法兰) - PV Elite - Help - Hexagon

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规范中应用的法兰设计规则是基于Waters、Westrom、Rossheim和Williams在1937年发表的文章。这些规则随后于1937年由泰勒福格出版,并于1942年被纳入规范。实际上,该计算规则从那以后一直没有进行更改。经常重新发布的泰勒福格公告也仍然可用,并且是法兰分析最有用的工具之一。法兰模块的输入和结果大致上是在泰勒福格法兰设计图表上进行的。

法兰分析模型假定:法兰和颈部作为刚性模型,螺栓和垫片作为柔性元件。初始螺栓载荷压缩垫片。该载荷需要足以使垫片密封(变形),并且在施加压力时也需要保证足够的密封。压力载荷会作用到螺栓载荷上并且降低了垫片的载荷。

典型法兰的分析包括以下步骤:

  1. 确定操作条件和材料。从规范许用应力表中确定法兰材料和螺栓在环境温度及工作温度下的许用应力。

  2. 确定垫片材料和法兰面类型。确定垫片有效宽度、有效直径和规范图表(表2-5.1和2-5.2)中的垫片系数。

  3. 根据设计压力和垫片信息计算所需的螺栓面积。计算实际螺栓面积,并确保其大于所需要的面积。根据螺栓面积和许用应力计算法兰的设计螺栓载荷。

  4. 计算法兰上的弯矩。在每一种情况下,弯矩是载荷(压力、垫片载荷等)和螺栓中心圆到载荷作用点距离的乘积。最终结果是操作工况和垫片二次密封情况下的一个弯矩。

    法兰上的应力完全取决于法兰上的弯矩。法兰上的所有载荷都在相同的方向(如:逆时针方向)产生弯曲,法兰环会阻止该弯曲,对于整体法兰管道同样会阻止该弯曲。

  5. 根据法兰类型计算法兰的颈部系数和其他几何外形系数(规范图2-4)。这些系数可参考规范中图2-7.1, 2-7.2, 2-7.3, 2-7.4, 2-7.5, 和2-7.6。规范中也给出了计算公式,这样软件可以从附录图表中获得统一的答案。这些公式是在法兰中实现的。

  6. 根据几何形状系数和法兰厚度计算应力公式系数。

  7. 使用应力公式系数和弯矩计算法兰应力。将这些应力与法兰材料的允许应力进行比较。

    应力公式为:

    S = k(geometry) * M / t2

也就是说,取决于法兰几何形状的常量乘以弯矩除以某些厚度的平方,这些厚度是法兰的厚度或是颈部的厚度。

计算步骤和结果格式与Taylor Forge 的"Modern Flange Design" Bulletin 503, Edition VII类似。

法兰 还可以在法兰分析过程中考虑配对法兰所带来的螺栓载荷。软件还充分考虑了腐蚀裕量。输入未腐蚀的厚度和直径,在进行计算之前软件会进行调整。如果指定,以特定方式处理腐蚀。

该命令可用于两个级别的法兰设计。Partial 部分选项强制软件计算给定几何形状的最小法兰厚度。Design 设计选项强制软件选择所有相关的法兰几何形状,包括螺栓中心圆、螺栓数量、外径、厚度和颈部尺寸。

法兰设计

所定义的几何图形是软件执行设计的基础。在整个设计过程中,内径、材料、压力、垫片形状和垫片属性都保持不变。以此开始,软件使用下面的方法来设计法兰的剩余部分:

  1. 对于SO类型的法兰,计算颈部的小端厚度大致等于设计压力所需的厚度。

  2. 对于WN,SO和反向法兰,颈部的大端为颈部的小端加上1/16(小端厚小于1英寸)或1/8(小端厚度超过一英寸)。然后颈部长度等于小端厚度加上颈部的最小坡度(3:1)。与标准法兰相比,这些选项的结果是设计一个小的颈部。这可以将力臂和直径(螺栓中心圆和法兰外径)保持较小值,并保持较小的法兰重量。最后,选择一个小的颈部,也可以降低法兰的加工量。

  3. 选择螺栓的初始数量。螺栓的数量与法兰的直径有关,并且一般是4的倍数。根据算法选择的螺栓一般比标准法兰的螺栓数量多、尺寸小。这也可以减小法兰外径和法兰的重量。

  4. 选择一个螺栓尺寸,为这个数量的螺栓提供所需的螺栓面积。

  5. 使用此螺栓尺寸,根据以下条件计算最终螺栓数量:

    所需面积除以每个螺栓可用的面积-或者-

    这种尺寸的螺栓之间的最大允许间距。

  6. 使用此螺栓数量,根据以下条件计算螺栓中心圆直径:

    颈部外径加上螺栓的最小内径间距-或者-

    垫片表面外径加上螺栓的实际尺寸-或者-

    螺栓之间的最小间距-或者-

    对于反向法兰,设备外径加螺栓内径间距。

  7. 根据螺栓中心圆直径加上所选螺栓的最小边缘间距计算的法兰外径。

  8. 对于采用全平面垫片法兰,根据所选择的值调整垫片及密封面外径,并重新计算法兰的力矩。

  9. 为法兰选择厚度并计算应力。如果应力不等于允许值,则根据实际和允许应力的差值调整厚度,然后重新进行应力计算。重复进行,直到其中一个应力元件的实际应力等于许用应力。

    该步骤也适用于法兰的部分设计。