拥有不同弯矩的法兰:
法兰设计力矩在外部压力、反向法兰和平法兰的依据不同。
在外部压力下,只有末端载荷和法兰压力包含在设计中,并且它们的正负号是相反的。对于反向法兰,所有的力矩都是存在的,但力臂hd是负的,因此MD也是负的。载荷HT为负,力臂ht可以是正的或负的。在计算中使用该力矩的绝对值。
对于平面法兰,使用hg(h''g)的替代值来计算螺栓中心圆的反向力矩。不需要计算全平面法兰的预紧工况。
法兰盖和管箱平盖:
ASME规范中圆形法兰盖的公式为:
t = d * SQRT( C * P / S * E + 1.9 * W * Hg / S * E * d3 )
这个公式的第一项是压力下平板的弯矩。第二项是由于边缘力矩引起的板的弯矩。应力限制是允许应力的1.5倍,但1.5倍因子已经加入到公式中。对于预紧工况,第一项为零 - 法兰的厚度仅取决于边缘弯矩。
对于非圆形盲法兰,在第一项平方根下增加术语Z。另外,Z是法兰的大尺寸与小尺寸之比的简单函数。值得注意的是,规范包含了非圆盲法兰,但没有其他类型的非圆法兰(甚至在矩形容器附录中)。
TEMA设计的管箱平盖必须至少符合规范的最低厚度要求。此外,如果存在隔板槽,则平盖挠度会受到限制。
法兰挠度限制公式见TEMA章节9.21。 当然,挠度是t3和G3的函数。 因此,法兰厚度微小增加将使挠度明显的下降。TEMA第七版也给出了相应尺寸法兰的推荐挠度。之前版本隐藏了在厚度公式中的实际挠度。
法兰许用应力:
法兰许用应力是根据ASME规范在环境温度和操作设计温度下法兰材料的许用应力。在弯曲应力的情况下,这些允许值将会乘以1.5。这考虑到弯曲比拉伸可产生较高的最大应变。计算的应力和允许应力如下:
操作 |
环境 |
|
纵向颈部应力(弯曲) |
1.5 x Sfo |
1.5 x Sfa |
法兰径向应力 |
1.0 x Sfo |
1.0 x Sfa |
法兰切向应力 |
1.0 x Sfo |
1.0 x Sfa |
最大平均应力 |
1.0 x Sfo |
1.0 x Sfa |
螺栓应力 |
1.0 x Sbo |
1.0 x Sba |
反向法兰的应力 |
1.0 x Sfo |
1.0 x Sfa |
全平面垫片法兰的应力 |
1.0 x Sfo |
1.0 x Sfa |
其中: |
Sfo |
= |
ASME规范中在工作温度下法兰材料许用应力。 |
Sfa |
= |
ASME规范中在环境温度下法兰材料允许应力。 |
|
Sbo |
= |
ASME规范中在环境温度下螺栓材料允许应力。 |
|
Sba |
= |
ASME规范中在环境温度下螺栓材料允许应力。 |
最大允许工作压力:
以下图表显示了在理论上软件如何推断最大允许工作压力:
1. 操作压力的MAWP
软件计算给定压力下的应力,并计算零压力应力与给定压力下的应力之间的斜率。
软件将根据斜率推导应力等于允许应力的点。此时的压力是最大允许工作压力。
2.垫片预紧的MAWP
请注意,在低压下,由于垫圈密封应力不是设计压力的函数。在更高的压力下,应力是压力的函数,而MAWP可以按照上面描述的那样计算,除了在预紧应力计算中具有压力作用点。
该软件根据输入的几何形状和压力计算了垫片预紧MAWP和操作MAWP。在理论上,两个MAWPs应该独立于输入压力。然而,由于外推算法,MAWP的估计可能取决于轻微的压力(当压力很小的时候)。请注意,在部分或设计模式下,软件根据所需的法兰厚度计算MAWP。
法兰刚度计算
附录2包含确定给定法兰几何形状是否会发生泄漏的方程。所考虑的工况是环境和操作。如果计算的刚度因子为1,则表示会发生泄漏。
2005年附录中附录2的计算是强制性的。