热门关键词:

带接管载荷的法兰及其紧固件的选用和计算

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:202.05KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2014-11-23
文件介绍:
本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

Selection and C0rresp0nding Calculation of Flange and Fastener th Nozzle LoadWANG Peng,MA Jia-zhen(China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.,CNNC,Beijing 100840,China)Abstract:Effect of earthquake,temperature and gravity of pipes themselves on equipment nozzle,when connectedwith system via flange,should be considered as a rule,which increased flange calculation complicacy.A specified process-ing method transformed nozzle load into inner pressure and calculated the equivalent force.Based on the calculated equiva-lent force,the corresponding flange,gasket and fastener were got.The flange strength with the software Lansys was re-viewed.The method provided theoretical reference of selection and corresponding calculation of flange on chemical machine。

Key words:nozzle load;equivalent force;flange design;Lansys calculation在化工设备设计时,常通过液位计监测容器中液体 的高度,并且利用阀门控制溶液的流人和流出,例如油气储罐 、离子交换器以及热交换器等设备与液位计、阀门的连接,为便于部件的拆卸和检修,常采用法兰连接形式。此时不仅需考虑内压对设备接管的影响,还需考虑系统管道对设备接管施加的载荷。这些载荷往往是由地震 、温度和管线 自重产生的,它们对设备接管强度的影响是不能被忽略的。

接管载荷施加在法兰上,将对其强度和刚度产生影响,从而降低法兰的密封性能。因此应先将接管载荷转化为等效压力,由得到的等效压力根据相应设计标准选择法兰、垫片及其紧固件,并计算出法兰上螺栓的鹏力矩,进而校核法兰的强度、刚度以及垫片密封性,若不满足上述要求,需重新选择合适的法兰、垫片及其紧固件,使得法兰的强度和刚度符合设计要求 J。

以下面实例来进-步分析在化T设备设计过程中,带接管载荷的法兰及其紧固件的选用和计算。

图 1 法兰的 维模型Fig.1 Three-dimensional model of flange1 接管载荷转化为内压对于考虑接管载荷的设备接管法兰,首先需将接管载荷转化为内压 ,以便后续计算。

表 1 DN100法兰接管载荷表Table 1 The nozzle loads of the DN100 flange表中:M --由管线 自重引起的力矩M -- 由管线温度引起的力矩MoB --运行基准地震引起的力矩F --南管线 自重引起的力F --由管线温度引起的力FOBE--运行基准地震引起的力根据 RCCM-ZV 223.2章法兰螺栓计算部分 ,等效应力的计算公式如下 :P (1) -7r×D 。7r×D式中:P --外载荷施加在螺栓连接处的等效压力- - 螺栓连接处的弯矩- - 螺栓连接处的轴向力作者简介:王鹏 (1985-),男,助理T程师,主要从事压力容器与核机械设备研究。

第 41卷第 6期 王鹏等:带接管载荷的法兰及其紧固件的选用和计算 153D,--垫片中径由于表 1中只给出了管线自重、温度和基准地震产生的力和力矩的数值,并未给出其方向,因此为保守设计,取各力和力矩的代数和作为螺栓连接处弯矩和轴向力的计算值,公式如下 :MfMBM pMoBE 2F FBFPFoBE 3经计算可求得等效压力 5.97 MPa。

2 法兰及其紧固件的选择2.1 法兰的选择在化工设备的设计过程中,常用的接管法兰型式有:板式平焊法兰(PL)、带颈平焊法兰(SO)、带颈对焊法兰(WN)整体法兰(IF)、承插焊法兰(SW)和螺纹法兰(Th)等 J。本例中法兰材料与设备简体材料相同,都为 $30403,考虑到法兰用材料最大允许工作压力需大于5.97 MPa,根据相应管法兰标准可选择公称压力为 10 MPa(PN100)的接管法兰,再结合设备简体与法兰的连接型式为焊接,最后确定本例中选用的法兰为带颈对焊法兰(WN)。法兰的结构尺寸见图2。

图2 法兰的详细结构尺寸Fig.2 The specific structure of the flange带径对焊法兰的相关参数见表 2。

表 2 带颈对焊钢制法兰参数表Table 2 The parameter table of the welding neck flange项目 参数公称直径 DN/mm钢管外径 A/mm法兰外径 D/mm螺栓中心圆直径 K/ram螺栓孔直径 L/ram螺栓孔数量 N/个螺栓 Th法兰厚度 C/mmN/mm法兰颈 :R/mm法兰高度 H/ram2.2 垫片的选择常用接管法兰所用的垫片有:三元乙丙橡胶、聚四氟乙烯板和增强柔性石墨板 ,其允许的最 高公称压力为 6.3 MPa(PN63),而所选管法兰公称压力为 10 MPa(PNIO0),因此这几类垫片在此处不适用。

管法兰用金属缠绕式垫片 ,其适用于公称压力为 PNIO- PN250的管法兰,因此可满足本例的设计要求。垫片的结构尺寸见图3。

L ~ -- - - --图3 垫片的详细结构尺寸Fig.3 The specific structure of the gasket2.3 紧固件的选择参照相应的紧固件标准 ,可确定 PN100带颈对焊法兰所用的螺栓、螺母和垫圈。其明细表见表 3。

表 3 紧固件明细表Table 3 The specific parameter table of the fastener3 螺栓设计载荷和鹏力矩的计算3.1 螺栓设计载荷计算根据国标 《压力容器》中相关公式 J,计算法兰上螺栓的设计载荷。

由国标 《压力容器》中表7-2,可查得缠绕垫垫片系数m3,比压力 Y69 MPa。本例所选缠绕垫外径 d.147 mm,内径d :127 mm,可计算求得垫片基本密封宽度 60::10 mm和垫片中径 D。: - :137 mm,其有效密封宽度b2.53×/608 mm。

预紧状态下需要的最小垫片压紧力:FcFa 3.14×DG×b Y237.5 kN (4)操作状 态下需 要的最 小垫片压 紧力 (设计压 力 P 取0.1 MPa):FcFp6.28×Dc×b×m×P 2.1 kN (5)由最小垫片压紧力可计算求得预紧状态下需要的最小螺栓载荷 W F 237.5 kN,以及操作状态下需要的最小螺栓载荷,DF 0.785×D ×P。6.28×DG×b×m×P 3.6 kN。

本例中法兰所用螺栓 的材料为 $30408,由国标 《压力容器》中表 16可查得常温下螺栓的许用应力 [ ] 137 MPa,设计温度下螺栓 的许用应力 [ ] 117 MPa。通过式 (6)、(7)可计算得到预紧状态下需要的最小螺栓面积 和操作状态下需要的最小螺栓面积 ,公式如下:预紧状态下需要的最小螺栓面积: 1733.6 mm (6)操作状态下需要的最小螺栓面积: 瑚 .s (7)∞ m 如 0 ∞ 。 ∞154 2013年 3月需要螺栓面积 A Max(A ,A ):1733.6 mm ;实际螺栓面积A 可由2.3节中 PN100接管法兰所用螺栓的公称应力截面积求得,A :丌 ×N:3672 mm2 o螺栓设计载荷 W的计算公式如下:预紧状态下螺栓设计载荷::F : Eor]堕 ×137:370. 2 kN (8)二操作状态下螺栓设计载荷:W 3.6 kN (9)3.2 螺栓鹏力矩计算由机械设计手册第 2章螺纹连接部分 J,可查螺栓鹏力矩计算公式如下 :T:K×F×d (10)式中: 鹏力矩,N·m- 预紧力 ,NK--鹏力矩系数d--螺栓公称直径,mm预紧力 F可用螺栓设计载荷除以法 兰上螺栓个数求得:F : IV: 46.3 kN,鹏力矩系数K可近似取0.2。最后计算求得法兰上螺栓的鹏力矩 T:250 N·m。

4 法兰校核利用 Lansys软件对法兰进行设计和校核。输入相应设计参数见表 4。

表4 法兰设计参数Table 4 Designing parameter table of the flange项目 参数设计压力P/MPa液柱静压力 P液/MPa设计温度T/℃法兰材料锻件腐蚀余量 C/mm简体材料钢板简体名义厚度 8/mm压力试验类型试验压力 Pt/MPa(上接第112页)[17]Waldhier M C,Gruber M A,Detmer K,et a1.Capilary electrophore-sis and column chromatography in hiomedical chiral amino acid analysis[J].Anal Bioanal Chem,2009,394(3):695-706。

[18]Qi I ,Qiao J,Yang G L,et a1.Chiral ligand-exchange CE assays for计算得到法兰的名义厚度 :33 mm,此值小于所选法兰的厚度 C:36 mm,证明法兰设计合理。

由国标 《压力容器》 中表 11可查得法兰设计温度下的许用应力[17"],t 117 MPa。根据lansys软件的计算结果可对法兰轴向应力、径向应力、环向应力和组合应力进行校核。

轴向应力校核:盯H113.97 MPa<1.5×[or],t175.5 MPa (11)径向应力校核 :orR49.2 MPa≤[ ],t117 MPa (12)环向应力校核 :orr84.3 MPa<[ ] :117 MPa (13)组合应力校核 :( ,orn o'r,):99.14 MPa<[ ] :117 MPa (14)二由上式可知法兰轴向应力、径向应力、切向应力以及组合应力均符合设计要求,证明法兰设计合理。

5 结 语国内的石油、天然气等化工设备,煤电、火电以及核电等电力设备 ,在与系统管道 连接时,为便 于仪表、仪器 以及 阀门、泵等部件的检修和拆卸,常采用法兰连接的形式。因此,法兰及其紧固件的计算和选用对于化T设备的设计是非常重要的。

通过将接管载荷转化为等效压力,然后根据所得的等效压力值进行法兰及其紧固件的选用和计算 ,并求得螺栓的鹏力矩 ,最后利用 Lansys软件校核法兰的强度和刚度。上述设计过程可作为接管载荷作用下 ,化工设备法兰及其紧固件选用和计算的-种可行性方法。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败