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法兰小端厚度还是筒体厚度  

2017-05-15 20:34:48|  分类: 压力容器 |  标签: |举报 |字号 订阅

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设备法兰计算时,小端厚度输入法兰小端厚度还是筒体厚度。
这个问题一直以来争论不休。认为输入法兰厚度和筒体厚度的都有,很难互相说服。因为NB和GB150是不同的。
法兰小端厚度还是筒体厚度 - vcad2013 - VCAD的博客
 我建议在软件中应该一般应该输入较薄件(筒体的厚度),原因如下:
1.法兰的计算各国都用的是Waters法,从计算原理上来说,法兰分为3部分,环板,锥颈,圆筒(直边段)三者构成的两对不连续连接问题。其中锥颈高度为h,圆筒高度为h0=sqrt(Bg0)。一般来说直边高度达不到h0,如果输入法兰小端厚度,那么是偏于冒进的,相当于有一段很长的材料缺失。从计算模型来讲,应该输入较薄件(筒体的厚度)。
法兰小端厚度还是筒体厚度 - vcad2013 - VCAD的博客
比如CODAP的规范中,也是采用的waters法,整体法兰的g0和l0=sqrt(Dg0)都有详细的说明。从图示可以很直观的看出,应该取筒体的厚度。
2.虽然GB150对于小端厚度写的是:“法兰颈部小端有效厚度”,我们可以看看其他规范是如何描述的。ASME对于大端厚度是:“g1=thickness of hub at back of flange”小端厚度是:“g0=thickness of hub at small end”小端厚度并没有提及是法兰小端厚度。EN13445与ASME的英文描述一致。所以从规范的描述来说,小端应取较薄件厚度,而不是法兰小端厚度。
3.法兰刚度与g0平方成反比。法兰不会因为小端厚度增加了(筒体厚度没有),法兰系统整个刚度就大幅度增加。如果与法兰与筒体对接的厚度很薄,法兰应该怎么偏转还怎么偏转,不会因为小端增加了一点点材料而使整个刚度有了飞跃性的提高。所以从控制法兰刚度的角度讲应该输入较薄件厚度。
4.从另一个方面来讲,对于ASME/EN设计来说,没有NB法兰标准,他们的设备法兰都做成了法兰颈部颀长与筒体等厚,是不是可以从侧面说明应该输入较薄件的厚度。
但是将h0定义成一段必须要保证的长度,那么很难解释为什么整体法兰与封头可以直接焊接,而不需要保证有h0的长度。如下图取自标准GB150.3-2011 图5-26带法兰凸形封头。
法兰小端厚度还是筒体厚度 - vcad2013 - VCAD的博客
当然也可以从另一方面来理解,封头对法兰有加强作用,封头转角处收到的是压应力,与法兰叠加的效果是使两者受力均变好。所以可以分开单独计算。或者说衰减的速度比较快,应力叠加不会对两者强度造成影响。(待证实。)

GB150的法兰计算似乎还缺少了一点什么,比如ASME计算法兰时,需要按照内压计算法兰小端厚度。而这一点,GB150则没有考虑。可能会造成直边段的厚度非常薄,连薄膜应力都通不过的情况下,法兰计算通过了。这也会造成一些风险。
法兰小端厚度还是筒体厚度 - vcad2013 - VCAD的博客
 
但是是不是说法兰小端厚度一定要和筒体做成一样厚呢?我觉得答案是不一定的。原因还是从另一个角度解读Waters法说起。
 Water法要求筒体和法兰有相同的承载能力。但是G0和h0的数值只考虑了几何尺寸,实际上他们的强度是由许用应力值和几何尺寸一起控制的。单单讲几何尺寸(相当于只核算法兰的抗弯刚度)是不全面的,特别是法兰的许用应力比筒体的许用应力低的情况下。法兰应力*法兰小端厚度应不小于筒体应力*筒体厚度。
比如法兰(不锈钢)许用应力80MPa,筒体(碳钢)许用应力为160MPa。筒体取的10mm,这时法兰计算时取筒体的厚度,计算将非常难以通过。因为法兰小端取10mm,可能局部薄膜应力通不过。这时应该同时考虑几何尺寸与强度。法兰小端应该取10*160/80=20mm。才能做到Waters法的模型假设,他们的强度是连续的。法兰小端与筒体连接是只要1:3削边然后对接即可。
这一点在ASME B16.5中有一些描述。
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其中的(c)写的比较详细:当最小两者屈服强度不一致时,法兰小端厚度应至少为管子厚度t乘以管子和法兰的应力比值。
综上所述,一般情况下设备法兰计算时小端厚度应该取筒体的厚度,同时法兰小端厚度也应该考虑内压薄膜应力的影响,不能太小。当法兰与筒体的许用应力相差较多时(一般出现在法兰是不锈钢,筒体是碳钢复合板),法兰小端厚度应该达到筒体的等效强度。
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