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设备法兰的调整技巧

日期:2022-11-29浏览:256次

法兰毛坯设备法兰的设计


法兰目前的设计主流方法是Taylor-Waters法,在设计长颈对焊法兰过程中,往往因为参数多,新手往往调整起来困难。调整后出图,经过校审时,往往又被改的面目全非。


那么设备法兰应该如何调整,能够做到既安全又经济,还冗余性好


安全性:就是至少能够通过计算。


经济性:通过计算的基础上,。


冗余性:在实际使用中,遇到各种稍微超压,超温,管道载荷等各种情况下,还能够安全使用。



法兰的经济性


法兰的成本是由什么决定的呢?


对颈部对焊法兰一般是由长颈法兰锻件为毛坯,再通过机加工制造出来的。


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所以法兰的成本大致为

A: 锻件毛坯

B: 加工费等其它费用。


锻件毛坯的基本决定了法兰的成本。而毛坯由法兰盘直径厚度以及大端厚度锥颈部高度


所以计算要控制的就是让这4个参数获得的材料最省。



标准设备法兰


在国标设计中,如果法兰符合NB/T 47023,包括法兰的材料,温度-压力表,腐蚀裕量,对接的筒体厚度,匹配的垫片型式材料和螺柱螺母材料等等,按照GB150.3,可以免除计算。


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当做非标的法兰设计时,为了迅速获得大致合适的设计方案,往往会要参考标准法兰NB/T 47023,利用标准法兰的数据再稍微调整,以获得最终的法兰数据。


输入数据到软件中,经常有一些容易出错的地方。


1.小端厚度应该输入筒体和法兰小端的较小值。详情解析见:法兰小端厚度应该如何取值(续)


2.SW6的输入是没有考虑腐蚀裕量的,需要扣除腐蚀裕量,修改的内容有法兰内径,大端小端厚度。


3.SW6中,遇到带分程隔板的换热器,分程隔板处的面积是被压紧宽度*压紧长度。


特别是第一点,由于筒体比较薄,输入小端厚度时经常要做一些法兰修改。而且往往是因为小端太薄,导致很多应力或者刚度通不过。


很多朋友就会有疑问:


为什么标准设备法兰需要修改,为什么标准法兰算不过,是不是输入的理解有问题?


一般来说既然需要按照GB150.3或者ASME VIII I计算,那么就按照规范的方法来设计,没有必要纠结标准法兰尺寸能不能修改的问题。


毕竟管法兰也不用算,如果要计算,很多低压力等级的也算不过。



标准设备法兰尺寸


标准设备法兰是我们国家的一项创新,避免了很多五花八门的非标法兰设计,让设计人员能够较为顺利的设计出较为合理的法兰尺寸。


但是世界上真有标准设备法兰吗?


什么是标准件呢?


比如标准的螺栓螺母接管,弯头,三通,SO法兰等等,知道了材料型号,到市场上很容易买到现货。那么设备法兰能否再市场上买到现成的呢


可以说,基本不可能


所有的设备法兰都是先做毛坯然后加工成所需要的尺寸,都是需要出图定制的。


标准设备作为一个尺寸参考是非常成功的。设计人员写一个标准号和规格,法兰加工厂或者制造单位根据标准和规格描述出图,再按图加工出来一个设备法兰。


司马光有云:“天地所生财货百物,不在民,则在官。"


设备法兰这张图,要么设计出,要么制造单位出,是免不了的。


所以因为法兰是标准设备法兰,计算通不过时,纠结自己是不是可以修改尺寸,修改尺寸会不会制造带来不便,不用担心。


因为不管是标准的还是非标的,对于制造单位来说,都是一样的,甚至你能出张图,比写标准号,更受制造单位欢迎。



锥颈部高度如何输入


标准法兰起到一个的作用。


设计的比标准法兰轻,说明省了。


设计的比标准法兰重,说明偏重了。


为了保证经济性,根据上面的说明,如果法兰盘直径和厚度不变,锥颈部的高度变化是不会影响到法兰的经济性的。因为用的是相同的毛坯。


增加法兰颈部高度,直到没有直边,此时成本和标准法兰一致,但是计算更容易通过。


有朋友会说:


我同意小端取筒体厚度,如果用虚拟的h1代替锥颈部高度h,是保守的,这样可以吗?


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原则上当然是可以的,只是虚拟的锥颈部需要计算,是比较麻烦而已。


直接修改锥颈,稍微留点直边,计算书中的尺寸和锥颈高度都能匹配,还不用去算虚拟锥颈h1,更直观一些。


如果实在不行,可以取消直边,选用对接节点。


如果说NB/T47020的法兰与筒体节点是中国的发明,那么对接节点是放之四海而皆准的,可接受度更高。

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修改锥颈高度,说明一下h=多少即可,是非常方便的。



法兰调整技巧


法兰的调整技巧在《压力容器设计工程师培训教程》一书中说的比较详细:


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当然这是基本的思路,现在的法兰多了一项刚度校核。有些法兰应力值很低,但是刚度控制了法兰,也不得不进行调整。对于带分程隔板的法兰,隔板处的垫片也是需要考虑的。


对于一个特定项目而言,很多时候,设备的垫片形式,螺栓材料已经定了,也就是垫片的MY值,螺栓许用应力定了。法兰的调整相当于带着镣铐跳舞,可调整的余地降低了很多。


这里有4个作为调整法兰的思路还是值得试一试的。


1.尽量降低法兰的设计力矩Mo。


Mo是法兰的总力矩。法兰的法兰盘,锥颈,圆筒一起承担此总力矩。所谓有福同享有难同当,当总力矩降低时,每个部件所承担的也就少了,后面的各个部件所受力按照旋转刚度来分配,这属于人民内部矛盾,可以再细分析。


降低Mo的方法包括了:

a)降低法兰的螺栓圆直径,缩小力臂。相同面积时,小直径多数量的

螺栓会比大直径,少数量的螺栓中心圆要小,力臂要小,所以也更好点。


b)当Mo由预紧工况决定时,可以降低预紧时的螺栓力。比如减少螺栓个数降低螺栓面积,减少螺栓强度,减少垫片MY值或者宽度。表现在计算书中可以看Am和Ab,使得两者尽量比较接近




2.合理分配Mo


总的Mo降低了,法兰盘,锥颈,圆筒三部分共同承载,三者承载比例是按照旋转刚度成正比,能力越大,责任越大,刚度越大,承载越多。由于大多数时候,小端厚度等于筒体厚度,而加厚筒体是不经济的,所以下面的调整均不包含小端厚度调整。


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a)轴向应力不过时,可以看一下计算书中的f值

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注意查看f值的大小,如果f等于1,说明最大应力在锥段大端,可以通过加大大端的厚度,使大端应力降低。


b)当径向应力不过时,可以加大法兰厚度。


c)当环向应力不过时,锥颈部大端的加厚或者减薄会有影响,具体可以通过输入数据测试一下。所以这里也要提醒一下,不是所有加厚,对强度都是正面的影响。


d)当刚度不过时,为了使法兰使用时偏转降低,可以加厚法兰盘厚度或者增加锥颈大端厚度。


3. 保证经济性


如前面所说,在调整尺寸时,使得设计的法兰的直径和总高度大致等于所匹配的标准设备法兰。这样能够保证无论最终调整成什么参数,成本和标准的基本一样。


4. 操作冗余


法兰在实际使用中,逻辑和设计是有些不一样的。比如螺栓预紧力,往往远远大于设计载荷。通常法兰压不紧就螺栓再上紧些,通常情况,对于计算通过的法兰,虽然实际预紧力偏大,往往并不影响。


但是螺栓少时,垫片压的不均匀,计算通过,往往对于操作时错误是比较敏感的,一旦有错,补救的机会很少。所以适当的裕量以及把裕量放在合适的地方,会使法兰在实际操作中更容易密封。


比如当Mo由操作工况决定时,即高温高压工况,可以试着尽量再多加点螺栓,增加了预紧工况的法兰力矩,但是此时的Mo不影响,所以法兰成本不影响。由于螺栓的增加,增设备可操作冗余也增加了。


再比如,兼做法兰的管板,其法兰盘部分的厚度虽然根据强度已经计算了,但也不宜刚度过低。虽然管板和管束的整体刚度远大于配对法兰,但是此处局部偏转过大,对密封的影响也是很大的。“管板厚度要不小于0.6倍的管箱法兰厚度"这条提醒,也可以酌情参考一下。



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