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常见问题

法兰设计和分析方法

更新时间  2021-05-22 18:14 阅读
法兰设计和分析方法很多,归纳起来大致可分为3类:基于材料力学的分析方法;基于 弹性分析的方法;基于塑性极限载荷的分析方法。

一、巴赫法
巴赫(Bach)法是将高颈法兰设想成沿圆周展成一悬臂梁的简单方法。在螺栓载荷W作用下,将AC剖面和BC剖面作为危险剖面进行校核。
二、Bach法
最早(1891~1911年)是由德国人Bach提出的法兰计算方法。该法只计算了 径向弯曲应力,忽略了较大的周向应力,计算结果偏小。但由于该法简单,因而直至20世纪 40年代,在欧洲许多关于法兰设计的规范仍以Bach法为基础。
三、Ty 8100
方法为前苏联高压管法兰的计算方法,即札哈林科方法。我国合成氨高压管 法兰标准中沿用了此方法。
札哈林科方法所适用的是所示的螺纹法兰,高压管部位采用透镜垫密封结 构。螺纹法兰在计算中可视为活套型法兰。


主要法兰设计方法的比较
1、 巴赫法
1) 此计算方法计算模型过于简化•与实际法兰受力情况有很大出人,通常整体法兰的 危险应力总是发生于锥颈,而该方法则根本未加考虑,因此,计算结果无法反映法兰的真实 应力状况。
2) 该方法仅计算“环”的径向弯曲应力,而实际法兰中,法兰环的最大应力并非总是发 生于径向,也可能存在于环向。
3) 通过大量计算比较和实践表明,该方法计算结果偏于危险。目前工程设计中已极 少采用此种计算方法。
2、Ty 8100 方法
此法为原苏联的札哈林科计算方法,在法兰与管子采用螺纹连接和管法兰情况下,法兰 内外边缘边界条件比较接近简支状态,因此视法兰为“环”的假设尚能成立,且其计算式简单 易行,故有一定的使用价值。
目前我国合成氨工业上的高压管法兰设计中仍然沿用着这一方法。但该法对其他法兰 型式是不适用的。该法与巴赫法一样,都没有考虑锥颈上的危险应力。
对比巴赫法和札哈林科法:前者假设法兰仅仅发生径向弯曲变形,后者则着重强调了法 兰的环向弯曲变形,而实际法兰是既非单纯处于径向弯曲状态,也非完全处于环向弯曲状 况,而是二者兼而有之。
就实际法兰应力状态而言,在某一种法兰中可能径向弯曲应力是起主导作用的,而在另 一种法兰中,或许又是环向弯曲应力起着控制作用。因此,假设法兰中最大应力总是存在于 径向或环向,而同时又都有计及法兰中通常所存在的最大应力一一锥颈应力的上述两种计 算方法,都只能是属于过于简化的近似方法。
3、基于弹性分析的方法
Waters法以弹性分析为基础,由于它考虑了组成法兰的3个部分:壳体、锥颈和法兰环 之间的相互作用,所以从弹性分析准则来说是比较完善的计算方法。
Waters法虽然没有直接计算法兰的变形,但它用计算法兰的弹性名义应力,并通过控 制适当的许用应力的办法,来保证法兰具有足够的刚性.从而使整个连接达到密封可靠的要 求。大量实践表明,Waters法在通常情况下能获得满意的设计结果。
Waters法具备以下特点:
1、建立在合理的弹性分析理论基础之上;
2、经历了长期的实践考验;
3、计算简便。
由于这些特点,Waters法相继为美、英、日等国规范(如ASME、BS及jlS等标准)所 采用。
Waters法在我国也具有一定的应用基础。GB 150—1998《钢制压力容器》中的法兰计 算及GB/T 17186 —1997《钢制管法兰连接强度计算方法》中的A方法均采用了 Waters法。
1) 基于塑性极限载荷的分析方法——DIN、AD方法
此类计算方法认为法兰的强度并非是“连接设计”的主要矛盾,因此允许对法兰按极限 载荷法进行计算,从而挖掘法兰的承载能力,可获得较小结构尺寸的法兰设计。DIN 2505 计算方法是根据法兰、螺栓和垫片间的互相依赖关系,从刚度、强度和密封的角度统一考虑 法兰设计,通过“载荷-变形图”检验连接的密封性能。这是DIN 2505计算方法颇具特色之 处。但是.由于“载荷-变形图”的制作过程需要涉及垫片的回弹性能、比压、垫片系数等参 数,而垫片的这些参数确定又受许多因素的影响,目前测定这些准确数据尚存在很多问题. 因此制作“载荷-变形图”非常困难。
此外,此图的制作过程十分繁琐,设计中往往难于完成。由德国引进装置的法兰设计计 算书表明,此一检验步骤,实际上并未进行。
所以,AD规范的法兰设计方法中.则干脆免去了此一密封性能的检验步骤,因此,造成 了采用AD规范设计的法兰存在着密封失效的危险性。
目前.AD规范的法兰设计方法已为我国GB/T 17186—1997《钢制管法兰连接强度计 算方法》所引用。