路径: 主页 > GB/T > 第362页 > GB/T 17186.1-2015 | 标准编号 | GB/T 17186.1-2015 (GB/T17186.1-2015) | | 中文名称 | 管法兰连接计算方法 第1部分:基于强度和刚度的计算方法 | | 英文名称 | Calculation methods for the pipe flange joints -- Part 1: Calculation method satisfies both strength and rigidity requirements | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J15 | | 国际标准分类 | 23.040.60 | | 字数估计 | 32,378 | | 发布日期 | 2015-12-10 | | 实施日期 | 2016-07-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 17186-1997部分 | | 引用标准 | GB/T 150.2; GB/T 9112; GB/T 9113; GB/T 9114; GB/T 9115; GB/T 9116; GB/T 9117; GB/T 9118; GB/T 9119; GB/T 9120; GB/T 9121; GB/T 9122; GB/T 9123; GB/T 9124; GB/T 9125; GB/T 13402; GB/T 15530.1; GB/T 15530.2; GB/T 15530.3; GB/T 15530.4; GB/T 15530.5; GB/T 15530.6; GB/T 15530.7; GB | | 标准依据 | 国家标准公告2015年第38号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | GB/T 17186的本部分规定了螺栓连接的带垫片的圆形管法兰连接的计算方法。本部分适用于垫片全部位于螺栓孔组成的封闭圆周之内, 且在此圆周外面的法兰密封面无接触的窄面管法兰的计算。本部分主要适用于Class系列管法兰的连接计算。本部分给出了管法兰连接强度计算和刚度校核的基本要求。 | GB/T 17186.1-2015: 管法兰连接计算方法 第1部分:基于强度和刚度的计算方法
ICS 23.040.60
J15
中华人民共和国国家标准
部分代替GB/T 17186-1997
管法兰连接计算方法
第1部分:基于强度和刚度的计算方法
2015-12-10发布
2016-07-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 符号 1
4 总则 3
5 材料 4
6 法兰类型 4
7 螺栓载荷 7
8 法兰力矩M0 12
9 法兰应力计算 13
10 法兰设计应力校核 18
11 外压法兰 19
12 法兰刚度 19
附录A(资料性附录) 标准中主要条文说明 21
附录B(资料性附录) 法兰连接件设计的考虑事项 26
附录C(资料性附录) 本部分与GB/T 9112钢制管法兰的类型分类对照 28
前言
GB/T 17186《管法兰连接计算方法》分为以下2部分:
---第1部分:基于强度和刚度的计算方法;
---第2部分:基于泄漏率的计算方法。
本部分为GB/T 17186的第1部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分代替GB/T 17186-1997《钢制管法兰连接强度计算方法》中的部分内容(第1章~第4章),
与GB/T 17186-1997相比,主要技术变化如下:
---修改了标准的中、英文名称;
---修改了标准的结构,原标准中包括了两种不同的法兰计算方法(方法A和方法B),本部分对
方法A进行了修改和完善;
---增加了松式法兰、任意式法兰部分结构型式图;
---增加了管法兰、管法兰用紧固件的材料要求;
---增加了承受外压法兰计算;
---增加了法兰刚度计算;
---增加了标准中主要条文的说明(附录 A)、法兰连接件设计的考虑事项(附录B)、本部分与
GB/T 9112钢制管法兰的类型分类对照(附录C)。
本部分由中国机械工业联合会提出。
本部分由全国管路附件标准化技术委员会(SAC/TC237)归口。
本部分起草单位:中国石油工程建设公司华东设计分公司、中机生产力促进中心、华东理工大学、中
国天辰工程有限公司、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司、超达阀门集团股份有限公
司、浙江国泰密封材料股份有限公司。
本部分主要起草人:刘洪福、李俊英、冯峰、刘建、章兰珠、刘建欣、邓宏伟、邱晓来、吴益民。
本部分所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 17186-1997。
管法兰连接计算方法
第1部分:基于强度和刚度的计算方法
1 范围
GB/T 17186的本部分规定了螺栓连接的带垫片的圆形管法兰连接的计算方法。
本部分适用于垫片全部位于螺栓孔组成的封闭圆周之内,且在此圆周外面的法兰密封面无接触的
窄面管法兰的计算。
本部分主要适用于Class系列管法兰的连接计算。
本部分给出了管法兰连接强度计算和刚度校核的基本要求。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 150.2 压力容器 第2部分:材料
GB/T 9112 钢制管法兰 类型与参数
GB/T 9113 整体钢制管法兰
GB/T 9114 带颈螺纹钢制管法兰
GB/T 9115 对焊钢制管法兰
GB/T 9116 带颈平焊钢制管法兰
GB/T 9117 带颈承插焊钢制管法兰
GB/T 9118 对焊环带颈松套钢制管法兰
GB/T 9119 板式平焊钢制管法兰
GB/T 9120 对焊环板式松套钢制管法兰
GB/T 9121 平焊环板式松套钢制管法兰
GB/T 9122 翻边环板式松套钢制管法兰
GB/T 9123 钢制管法兰盖
GB/T 9124 钢制管法兰 技术条件
GB/T 9125 管法兰连接用紧固件
GB/T 13402 大直径钢制管法兰
GB/T 15530(所有部分) 铜合金及复合法兰
GB/T 17241(所有部分) 铸铁管法兰
3 符号
下列符号适用于本文件。
A ---法兰外径;mm
Ab ---螺纹根部直径处或无螺纹部分最小直径处的螺栓实际总横截面积,取较小者;mm2
Am ---所需螺栓总横截面积,取Am1和Am2中的较大者;mm2
Am1 ---操作状态下所需螺栓螺纹根部处的总横截面积或应力作用下最小直径处的总横截面
积;mm2
Am2 ---垫片预紧状态下所需的螺栓螺纹根部处的总横截面积或在应力作用下最小直径处的总
横截面积;mm2
B ---法兰内径;mm
B1 ---B+g1,适用于f小于1.0的松式法兰和整体式法兰;mm
B1 ---B+g0,适用于f不小于1.0时的整体式法兰;mm
Bs ---螺栓间距。螺栓间距可以取为螺栓中心圆周长被螺栓数相除,或取为相邻螺栓间的弦
长;mm
Bsc ---螺栓间距系数;
Bsmax---最大螺栓间距;mm
b ---垫片有效密封宽度或连接接触面密封宽度;mm
b0 ---垫片基本密封宽度(见表3);mm
C ---螺栓中心圆直径;mm
Cb ---转换系数,Cb=2.5;
c ---表征焊缝最小尺寸的基本尺寸,等于tn与tx中的较小者;mm
d ---系数(见第9章)
db ---螺栓公称直径
e ---系数(见第9章)
F ---整体式法兰系数(见图3)
FL ---松式法兰系数(见图5)
f ---整体式法兰颈部应力修正系数(见图7)
G ---垫片压紧力作用位置处的直径;mm
g0 ---法兰锥颈小端厚度;mm
g1 ---法兰背部锥颈厚度;mm
H ---总的端部静压力,H=0.785G2P;N
HD ---内压引起的作用于法兰内径截面的轴向力,HD=0.785B2P;N
HG ---垫片压紧力(法兰设计螺栓载荷与总的端部静压力之差),HG=W-H;N
Hp ---连接接触表面的总压缩力,Hp=2b×3.14GmP;N
HT ---总端部静压力与内压引起的作用于法兰内径截面的轴向力之差,HT=H-HD;N
h ---法兰锥颈高度;mm
hD ---螺栓中心圆至HD作用圆的径向距离(见表4);mm
hG ---垫片压紧力作用位置至螺栓中心圆的径向距离,hG=(C-G)/2;mm
h0 ---系数(见第9章)
hT ---螺栓中心圆至HT作用圆的径向距离(见表4);mm
K ---法兰外径与法兰内径之比值,K=A/B;
L ---系数(见第9章)
M0 ---操作状态下或预紧垫片时,作用在法兰上的总力矩;N·mm
MD ---由HD产生的力矩分量,MD=HDhD;N·mm
MG ---由HG产生的力矩分量,MG=HGhG;N·mm
MT ---由HT产生的力矩分量,MT=HThT;N·mm
m ---垫片系数(见表2)
N ---宽度,根据垫片可能的接触宽度确定,用以确定垫片基本密封宽度b0;mm
p ---设计内压力;MPa
pe ---设计外压力(见第11章);MPa
R ---从螺栓中心圆到法兰颈部与背部的交点间的径向距离;mm
对于整体式和带颈法兰:
R=
C-B
2 -g1
T ---与K 值有关的系数(见图2)
t ---法兰厚度;mm
tl ---带翻边松式法兰的翻边厚度;mm
tn ---与法兰或翻边相连接的接管或壳体的公称厚度;mm
tx ---按整体式法兰计算时,为厚度g0的2倍,按松式法兰计算时,为内压所需的接管壁厚的
2倍,但不小于6mm;mm
U ---与K 有关的系数(见图2)
V ---整体式法兰系数(见图4)
VL ---松式法兰系数(见图6)
W ---操作状态或预紧垫片状态下法兰设计的螺栓载荷(见7.5);N
W m1 ---操作状态下所需的最小螺栓载荷(见7.3);N
W m2 ---预紧垫片所需的最小初始螺栓载荷(见7.3);N
w ---宽度,根据法兰面和垫片之间的接触宽度确定,用以确定垫片基本密封宽度b0(见
表3);mm
Y ---与K 有关的系数(见图2)
y ---预紧密封比压;为形成初始密封而必须施加在垫片或连接接触表面单位面积上的最小压
紧力;MPa
Z ---与K 有关的系数(见图2)
[σ]b ---常温下螺栓许用应力;MPa
[σ]tb ---设计温度下螺栓许用应力;MPa
[σ]f ---设计温度(操作状态)或常温下(预紧垫片)法兰材料的设计许用应力;MPa
[σ]tn ---设计温度(操作状态)或常温下(预紧垫片)接管颈部、容器或管壁材料的设计许用应
力;MPa
σH ---法兰颈部的计算轴向应力;MPa
σR ---法兰环计算径向应力;MPa
σT ---法兰环计算切向应力;MPa
4 总则
4.1 采用本方法进行管法兰连接计算时,仅需计及流体静压力及垫片压紧力的作用。如果法兰承受的
是除了流体内、外压力之外的其他外载荷,应留出适当的余量。
4.2 对于管道上使用的Class系列管法兰,推荐采用符合GB/T 9112~9124、GB/T 13402、GB/T 17241、
GB/T 15530规定的Class系列管法兰;但仅限定于各标准内的尺寸及压力-温度额定值。尺寸及压力-
温度额定值符合GB/T 9112~9124、GB/T 13402、GB/T 17241(所有部分)、GB/T 15530(所有部分)等
标准规定的Class系列管法兰,一般不需要进行计算;不符合上述标准的管法兰(包括法兰型式、尺寸、
压力-温度额定值等),应根据设计条件按本计算方法进行法兰强度和刚度校核。
4.3 螺栓连接法兰设计程序包括:
---确定垫片材料、型式;
---确定螺栓材料、规格及数量;
---确定法兰材料、密封面型式及结构尺寸;
---进行法兰强度(设计许用应力)校核;
---进行法兰刚度校核。
4.4 标准中主要条文的说明见附录A;进行螺栓法兰连接件设计时宜考虑的事项见附录B。
5 材料
5.1 法兰材料应符合GB/T 9124、GB/T 13402、GB/T 17241.7、GB/T 15530.8的规定。根据用户需
要,允许选用符合相关标准的其他材料。
5.2 使用铁素体钢制造并按本部分设计的法兰,当法兰截面厚度大于50mm时,应作完全退火、正火、
正火加回火或淬火加回火处理。
5.3 碳素钢或低合金钢锻制法兰,应经正火热处理。
5.4 需要焊接的法兰材料应具有良好的焊接性。含碳量超过0.35%的钢不应进行焊接。
5.5 螺栓、双头螺柱、螺母和垫圈应符合 GB/T 9125要求。螺栓与双头螺柱的螺纹规格不宜小于
M12。如果使用螺纹规格小于 M12的螺栓与双头螺柱,铁基螺栓材料应采用合金钢。应注意避免小直
径螺栓过载。
5.6 螺纹规格大于 M48时,应采用细牙螺纹。
5.7 带颈法兰应按下列要求进行制造:
a) 带颈法兰宜采用钢坯锻造;可用热轧或锻造的钢坯或锻棒经机加工制成。加工后的法兰轴线
应与原钢坯或锻棒的长轴平行;
b) 带颈法兰不宜采用板材经机加工制成;若采用,应符合下述要求:
1) 钢板应经超声检测无分层缺陷;
2) 钢板应先弯制并对焊成环状,钢板原表面和加工后法兰轴线平行;
3) 圆环的对接接头应采用对焊全焊透结构;
4) 圆环的对接接头应经焊后热处理及100%射线或超声检测;用于确定焊后热处理和射线
探伤要求的厚度应为t或(A-B)/2中的较小值;
5) 法兰背部和颈部外表面应进行磁粉或液体渗透法检测。
6 法兰类型
6.1 法兰类型结构图
见图1。为用于计算,将法兰分为松式法兰、整体式法兰、任意式法兰三种类型。本部分与
GB/T 9112-2010钢制管法兰的类型分类对照见附录C。
6.2 松式法兰
6.2.1 图1中a)(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)、(3a)、(4)和(4a)(4b)和(4c)是典型的松式法兰及其载荷和力
矩的位置。
6.2.2 焊缝和其他结构细节也应满足上述相应图形中的尺寸要求。
6.2.3 松式法兰不与接管颈部、容器或管壁有效相连成一整体结构,在进行这种类型法兰的设计时,认
为这种连接方法不会产生与整体式连接方法相同的机械强度。
6.3 整体式法兰
6.3.1 图1中b)(5)、(6)、(6a)、(6b)及(7)是典型的整体式法兰以及载荷和力矩的位置。
6.3.2 焊缝和其他结构细节也应满足上述相应图形中的尺寸要求。
6.3.3 在进行这种类型法兰的设计时,认为法兰与接管颈部、容器或管壁整体铸造或锻造成一体,或用
对焊等焊接形式将它们焊成一体,从而将法兰与接管颈部、容器或管壁看作相当于一个整体结构。在焊
接结构中,接管颈部、容器或管壁的作用相当于法兰的颈部。
6.4 任意式法兰
6.4.1 典型的任意式法兰见图1c)中(8)、(8a)、(9)、(9a)、(10)、(10a)及(11)。
6.4.2 焊缝和其他结构细节也应满足上述相应图形中的尺寸要求。
6.4.3 这类法兰的设计是把法兰焊接连接到管嘴、容器或管壁上,其作用相当于一个单元体,应视同整
体式法兰计算。为简化起见,在满足下列条件的情况下,可按松式法兰计算:
g0≤16mm
B/g0≤300
p≤2MPa
操作温度≤370℃
a) 松式法兰b,c,d
图1 法兰类型
b) 整体式法兰c,d
c) 任意式法兰e,f,g
图1(续)
a 颈部斜度≤6°时,取g1=g0。
b 在(2a)、(3)、(3a)、(4)、(4a)和(4c)未注出的载荷尺寸与(2)相同。
c 圆角半径r至少为0.25g1,但不小于5mm。
d 当密封面厚度或槽面深度大于1.5mm时,应增加法兰最小需要厚度t;当密封面厚度或槽面深度等于或小于
1.5mm时,可包括在法兰的总厚度中。
e 任意式法兰要么按照松式法兰要么按照整体式法兰进行计算。
f 在(8)、(8a)、(9)、(9a)、(10)和(10a)中未注出的载荷和尺寸,如按松式法兰计算时与图(2)所示相同;如按整体式
法兰计算,则与(7)所示相同。
g 在(8)中给出的法兰背面和壳体间的坡口和填角焊缝也适用于(8a)、(9)、(9a)、(10)及(10a)。
图1(续)
7 螺栓载荷
7.1 通用要求
7.1.1 螺栓载荷计算条件
在螺栓法兰接头设计中,应按操作和预紧垫片两种设计条件进行螺栓载荷计算,且取决于其中较苛
刻的条件。
7.1.2 垫片
7.1.2.1 垫片有效密封宽度b
垫片的有效密封宽度按以下方法确定:
a) 选定垫片类型和尺寸,按表1确定垫片接触宽度N 和基本密封宽度b0,并按以下规定计算垫
片有效密封宽度(或连接接触面密封宽度)b:
1) 当b0≤6.0mm时,b=b0;
2) 当b0 >6.0mm时,b=Cb b0;式中转变系数Cb=2.5。
b) 对板状垫片和复合垫片,推荐的最小垫片接触宽度见表2。
表1 垫片基本密封宽度b0
接触面简图
垫片基本密封宽度b0
第Ⅰ类 第Ⅱ类
(1a)
(1b)
N/2 N/2
表1(续)
接触面简图
垫片基本密封宽度b0
第Ⅰ类 第Ⅱ类
(1c) W≤N
(1d)
见注
W≤N
W+T
;W+N
4 max() W+T2;W+N4 max()
(2) W≤N/2 W+N4
W+3N
(3) W≤N/2 N/4 3N/8
(4)
见注
3N/8 7N/16
(5)
见注
N/4 3N/8
(6) W/8 -
注:当齿深不超过0.4mm,齿距不超过0.8mm时,应采用图1中(1b)和(1d)的压紧面形式。
表2 对板状垫片和复合垫片推荐的最小垫片接触宽度
法兰内径
mm
垫片接触宽度
mm
600< B< 900 25
900≤B< 1500 32
B≥1500 38
7.1.2.2 垫片的特性参数m、y
各种常用垫片的特性参数(m、y)按表3查取。
表3 m、y值
垫片及材料a m
MPa
简图
压紧面形状
见图1中
类别
自紧式垫片(O形圈、金属垫、合成橡胶垫及
其他自紧密封的垫片)
0 0 - - Ⅱ
无织物或含少量矿
物纤维的合成橡胶
邵式硬度低于75A 0.50 0
邵氏硬度大于或等
于75A
1.00 1.4
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(4)、(5)
含有适合操作工况
黏结剂的矿物纤维
厚度为3.2mm 2.00 11
厚度为1.6mm 2.75 26
厚度为0.8mm 3.50 45
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(4)、(5)
含有棉纤维的合成橡胶 1.25 2.8
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(4)、(5)
含有矿物纤维的合
成橡胶(有或没有加
强金属丝)
3层 2.25 15
2层 2.50 20
1层 2.75 26
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(4)、(5)
植物纤维 1.75 7.6
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(4)、(5)
II
填充矿物纤维的缠
绕式垫片
碳钢 2.50 69
不锈钢、蒙乃尔合金
和镍基合金
3.00 69
(1a)、(1b) Ⅱ
填充矿物纤维的金
属波纹垫或填充夹
层矿物纤维的金属
波纹包覆垫片
软铝 2.50 20
软铜或黄铜 2.75 26
铁或软钢 3.00 31
蒙乃尔合金钢或
4%~6%铬钢
3.25 38
不锈钢和镍基合金 3.50 45
(1a)、(1b) Ⅱ
金属波纹垫片
软铝 2.75 26
软铜或黄铜 3.00 31
铁或软钢 3.25 38
蒙乃尔合金钢或
4%~6%铬钢
3.50 45
不锈钢和镍基合金 3.75 52
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)
表3(续)
垫片及材料a m
MPa
简图
压紧面形状
见图1中
类别
填充矿物纤维的金
属包覆平垫片
软铝 3.25 38
软铜或黄铜 3.50 45
铁或软钢 3.75 52
蒙乃尔合金钢 3.50 55
4%~6%铬钢 3.75 62
不锈钢和镍基合金 3.75 62
(1a)、(1b)、(1c)b、
(1d)b、(2)b
槽型金属垫片
软铝 3.25 38
软铜或黄铜 3.50 45
铁或软钢 3.75 52
蒙乃尔合金钢或
4%~6%铬钢
3.75 62
不锈钢和镍基合金 4.25 70
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(2)、(3)
实心金属平垫片
软铝 4.00 61
软铜或黄铜 4.75 90
铁或软钢 5.50 124
蒙乃尔合金钢或
4%~6%铬钢
6.00 150
不锈钢和镍基合金 6.50 180
(1a)、(1b)、(1c)、
(1d)、(2)、(3)、
(4)、(5)
环形金属垫
铁或软钢 5.50 124
蒙乃尔合金钢或
4%~6%铬钢
6.00 150
不锈钢和镍基合金 6.50 180
(6) Ⅰ
注:表1和表3列出了许多常用的垫片材料和接触面形状,以及实际应用中证明正确的m、b和y建议值。这些
值仅作为建议,并不是强制性的。
a 本表列出了许多常用的垫片材料和接触面型式,以及m 和y的建议设计值,当采用表1所示垫片有效密封宽
度b时,这些数值在实际使用中一般认为是满意的。本表所列的设计数值和其他细节是建议性的,而不是强制
性的。
b 搭接的垫片表面不应位于凸台侧。
7.1.2.3 垫片压紧力作用中心圆直径G
垫片压紧力作用中心圆直径G 按下列规定确定:
a) 对于图1中(1)、(1a)取法兰与翻边接触面的中点,与垫片位置无关;
b) 对其他形式的法兰,当b0大于6mm时,G 为垫片密封接触面外径减去2b;当b0不大于6mm
时,G 为垫片密封接触面中点的直径。
7.1.2.4 垫片压紧力
a) 操作状态下需要的最小垫片压紧力为HG(单位:N),按下式计算:
HG=2bπGmP
b) 预紧状态下需要的最小垫片压紧力为Hp(单位:N),按下式计算:
Hp=W m2=πbGy
7.2 设计条件
7.2.1 操作状态
操作状态是指法兰连接件承受流体作用的状态。操作状态所需的最小载荷按7.3.1中的式(1)计
算,并根据此载荷确定Am1。该载荷也用于法兰计算,用于法兰设计时按7.5中的式(4)进行计算。
7.2.2 预紧状态
预紧状态是指在常温和常压下进行装配时,用初始螺栓载荷把垫片或连接接触表面压紧的状态。
在垫片正确预紧的情况下,预紧状态最小初始载荷按7.3.2中的式(2)计算,并根据此载荷确定Am2。当
操作状态对Am值以及Ab值起决定作用时,设计法兰的螺栓载荷应按7.5中的式(5)修正。
7.3 所需的最小螺栓载荷
7.3.1 操作状态下所需的最小螺栓载荷Wm1
a) 操作状态下所需的螺栓载荷W m1应大于在以垫片反力作用直径为界的面积上的最大许用工作
压力所产生的端部静压力H,此外,还必须在垫片或连接接触表面上维持一个足以保持紧密
连接的压缩载荷Hp。
b) 操作状态下所需的螺栓载荷W m1,由式(1)来确定。
W m1=H +Hp=0.785G2P+(2b×3.14GmP) (1)
7.3.2 预紧状态下所需的最小螺栓初始载荷Wm2
a) 在获得紧密连接以前,必须先用最小初始载荷(在常温无内压条件下)把垫片或连接接触面适
当压紧。此最小初始载荷是垫片材料和受压紧垫片有效面积的函数。
b) 所需的最小螺栓初始载荷W m2应按式(2)确定:
W m2=3.14bGy (2)
7.3.3 使用自紧式垫片螺栓载荷
a) 使用自紧式垫片的法兰,其螺栓载荷不同于以上计算的螺栓载荷。
b) 操作状态下所需的螺栓载荷W m1应该足以抵抗在以垫片外径为界的面积上的最大许用工作压
力所产生的端部静压力H。
c) 除了某些产生必须考虑的轴向载荷的密封结构之外,对所有自紧式垫片的Hp认为是零。即:
W m2=0。
7.4 所需的螺栓总面积Am和实际的螺栓总面积Ab
a) 在操作状态和预紧状态下,所需的螺栓总横截面积Am应选Am1和Am2中的较大值,其中:
Am1=
W m1
σ[ ]tb
,Am2=
W m2
σ[ ]b
b) 选用螺栓时应使螺栓实际总横截面积Ab不小于Am。
c) 对于输送剧毒介质的管道,由用户或其指定代表规定时,螺栓最大间距不应超过按式(3)计算
所得之值。
Bsmax=2db+
6t
m+0.5
(3)
7.5 法兰设计螺栓载荷W
a) 法兰设计所用的螺栓载荷应按式(4)和式(5)计算。
b) 对于操作状态:
W =W m1 (4)
c) 对于预紧状态:
W =
(Am+Ab)
2 σ
[ ] b (5)
用于式(5)中的[σ]b不应小于GB 150.2中应力表中的数值。
8 法兰力矩M0
8.1 在法兰应力计算中,作用在法兰上的载荷力矩是该载荷与其力臂的乘积。力臂取决于螺栓中心圆
与产生力矩的载荷的相对位置(见图1),不必考虑由于法兰挤压和螺栓作用线的内移而引起的任何可
能的力臂减小。
8.2 建议hG的值保持最小以减少法兰在密封表面的偏转。
8.3 操作状态下法兰总力矩M0按下列规定计算:
a) 操作状态下法兰总力矩M0是第3章中所定义的MD、MT和MG三个单独力矩之和。
M0=MD+MT+MG=HDhD+HThT+HGhG
b) 法兰设计螺栓载荷W 根据式(4)计算。
c) 法兰设计螺栓载荷的力臂hD、hT、hG见表4。
表4 操作状态下法兰载荷的力臂
项 目 hD hT hG
整体式法兰〔见图1中(5)、(6)、(6a)和中(7)〕;
按整体式法兰计算的任意式法兰〔见图1中(8)、(8a)、(9)、(9a)、
(10)、(10a)和(11)〕
R+0.5g1
R+g1+hG
C-G
除活套法兰以外的松式法兰〔见图1中(2)、(2a)、(3)、(3a)、(4)和
(4a)〕;
按松式法兰计算的任意式法兰〔见图1中(8)、(8a)、(9)、(9a)、(10)、
(10a)和(11)〕
C-B
hD+hG
C-G
活套法兰〔见图1中(1)和(1a)〕 C-B2
C-G
C-G
8.4 预紧状态下法兰总力矩M0按下列规定计算:
对于预紧状态,法兰总力矩M0按式(6)计算:
M0=
C-G
2 W
(6)
式中:
W---按式(5)计算的法兰螺栓设计载荷。
8.5 对于输送剧毒介质的管道,由用户或其指定代表规定时,在第9章中计算法兰应力时,应对螺栓间
距进行修正,在第12章刚度指数计算中对法兰力矩M0所用的螺栓间距则并不修正。
8.6 当螺栓间距超过2db+t时,在计算法兰应力时将M0乘以螺栓间距修正系数Bsc,Bsc按式(7)计算。
Bsc=
Bs
2db+t
(7)
9 法兰应力计算
9.1 总体要求:法兰的应力应根据操作状态和预紧状态两种情况中起控制作用的一种情况,按照法兰
计算分类,分别按9.2、9.3所列公式计算。
9.2 整体式法兰〔图1中(5)、(6)、(6a)(6b)和(7)〕;按整体式法兰计算的任意式法兰〔图1中(8)、(8a)
(9)、(9a)、(10)、(10a)和(11)〕;带颈并且计及颈部作用的松式法兰〔图1中(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)、
(3a)、(4)、(4a)、(4b)和4(c)〕按下列规定计算。
9.2.1 颈部轴向应力:
σH=
fM0
Lg21B
(8)
当B 小于20g1时:
---对于f小于1.0的松式法兰和整体式法兰,在式(8)中,可用B1代替B;
此时,B1=B+g1;
---对于f不小于1.0的整体式法兰,在式(8)中,可用B1代替B;
此时,B1=B+g0。
式中:
f ---整体式法兰颈部应力修正系数,由图7查得或用表5中公式计算:
f最小值为1;对数值小于图示范围的情形,取f=1;对等厚度的颈部即g1/g0=1时,取
f=1;当f大于1时,即为颈部小端应力与大端应力之比值;
L ---系数,按下式计算:
L=
te+1
T +
t3
式中:
T ---与K 值有关的系数,由图2查得;
e ---系数,按下列规定计算:
对整体式法兰:e=
h0
对松式法兰:e=
FL
h0
式中:
F ---整体式法兰系数,由图3查得或用表5中公式计算;
FL---带颈松式法兰系数,由图5查得或用表5中公式计算;
h0 ---系数,h0= Bg0;
d ---系数:
对整体式法兰:d=
Vh0g0
2;
对松式法兰:d=
VLh0g0
2;
式中:
U ---与K 有关的系数,由图2查得;
V ---整体式法兰系数,由图4查得或用表5中公式计算;
VL---带颈松式法兰系数,由图6查得或用表5中公式计算;
其余符号或代号见第3章。
M0---(作用在法兰上的总力矩)见第3章和第8章。
9.2.2 法兰径向应力:
σR=
(1.33te+1)M0
Lt2B
(9)
9.2.3 法兰切向应力:
σT=
YM0
t2B -
ZσR (10)
式中:
Y ---与K 有关的系数,由图2查得;
Z---与K 有关的系数,由图2查得;
σR---法兰径向应力,由式(9)计算。
9.3 不带颈的松式法兰或虽带颈但设计者计算时不考虑其颈部的松式法兰〔图1中(1)、(1a)、(2)、
(2a)、(3)、(3a)、(4)、(4a)、(4b)和(4c)〕;按松式法兰计算的任意式法兰〔图1中(8)、(8a)、(9)、(9a)、
(10)、(10a)和(11)〕按下列规定计算:
法兰轴向应力:σH=0;
法兰径向应力:σR=0;
法兰切向应力按式(11):
σT=
YM0
t2B
(11)
图2 T、U、Y和Z值(与K 有关)
注:计算公式见表5。
图3 F 值(整体式法兰系数)
注:计算公式见表5。
图4 V 值(整体式法兰系数)
注:计算公式见表5。
图5 FL值(带颈松式法兰系数)
注:计算公式见表5。
图6 VL值(带颈松式法兰系数)
f=1(最小值)
f=1,对等厚度颈部(g1/g0=1)
f=1,对带颈松式法兰
注:计算公式见表5。
图7 f值(颈部应力修正系数)
表5 法兰系数计算公式
整体式法兰 带颈松式法兰
图3中系数F 由下式得出:
F = -
E6
2.73()
1/4(1+A)3
图4中系数V 由下式得出:
V =
E4
2.73
C()
1/4
(1+A)3
图7中系数f由下式得出:
f=C36/(1+A)
以上公式中所用的数值可用下列序号(1)~(45)公式
解出,这些公式是根据第3章中定义的g1、g0、h和h0
值建立的。当g1=g0时,F=0.908920、V=0.550103
和f=1,这样就不必再由序号(1)~(45)公式求出其
数值
图5中系数FL由下式得出:
FL=-
C18
2 +
6()+C21 14 +11A84()+C24 170+ A105()- 140+A72()
2.73()
1/4(1+A)3
图6中系数VL由下式得出:
VL=
4 -
C24
5 -
3C21
2 -C18
2.73
C()
1/4
(1+A)3
图7中系数f规定:f=1
以上公式所用的数值是根据第3章中定义的g1、g0、h和h0值建立的,使用下
列序号(1)~(5)、(7)、(9)、(10)、(12)、(14)、(16)、(18)、(20)、(23)和(26)公
式得出
表5(续)
整体式法兰 带颈松式法兰
(1)A=(g1/g0)-1 (2)C=43.68(h/h0)4
(3)C1=1/3+A/12 (4)C2=5/42+17A/336
(5)C3=1/210+A/360 (6)C4=11/360+59A/5040+(1+3A)/C
(7)C5=1/90+5A/1008-(1+A)3/C (8)C6=1/120+17A/5040+1/C
(9)C7=215/2772+51A/1232+(60/7+225A/14
+75A2/7+5A3/2)/C
(10)C8=31/6930+128A/45045+(6/7+15A/7+12A2/7+5A3/11)/C
(11)C9=533/30240+653A/73920+(1/2+
33A/14+39A2/28+25A3/84)/C
(12)C10=29/3780+3A/704-(1/2+33A/14+81A2/28+13A3/12)/C
(13)C11=31/6048+1763A/665280+(1/2+6A/7
+15A2/28+5A3/42)/C
(14)C12=1/2925+71A/300300+(8/35+18A/35+156A2/385+
6A3/55)/C
(15)C13=761/831600+937A/1663200+(1/35+
6A/35+11A2/70+3A3/70)/C
(16)C14=197/415800+103A/332640-(1/35+6A/35+17A2/70+
A3/10)/C
(17)C15=233/831600+97A/554400+(1/35+
3A/35+A2/14+2A3/105)/C
(18)C16=C1C7C12+C2C8C3+C3C8C2-(C23C7+C28C1+C22C12)
(19)C17=[C4C7C12+C2C8C13+C3C8C9-
(C13C7C3+C28C4+C12C2C9)]/C16
(20)C18=[C5C7C12+C2C8C14+C3C8C10-(C14C7C3+C28C5+
C12C2C10)]/C16
(21)C19=[C6C7C12+C2C8C15+C2C8C11-
(C15C7C3+C28C6+C12C2C11]/C16
(22)C20=[C1C9C12+C4C8C3+C3C13C2-(C23C9+C13C8C1+
C12C4C2)]/C16
(23)C21 = [C1C10C12 +C5C8C3 +C3C14C2 -
(C23C10+C14C8C1+C12C5C2)]/C16
(24)C22=[C1C11C12+C6C8C3+C3C15C2-(C23C11+C15C8C1+
C12C6C2)]/C16
(25)C23 = [C1C7C13 +C2C9C3 +C4C8C2 -
(C3C7C4+C8C9C1+C22C13)]/C16
(26)C24=[C1C7C14+C2C1......
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