搜索
前言本标准规定了两种不同的法兰计算方法其中方法的内容主要取自于管法兰计算方法方法的内容主要取自于管法兰连接计算同时规定两种不同计算方法的目的是为了适应我国已发布实施的法兰标准等效国际标准的法兰标准本标准的法兰计算方法与钢制压力容器标准中的有关法兰计算方法的内容相当本标准与钢制管法兰配套使用本标准由中华人民共和国机械工业部提出本标准由机械工业部机械标准化研究所归口本标准起草单位机械工业部机械标准化研究所华东理工大学浙江工业大学密封件厂无锡市石化配件厂及化工部设备设计技术中心站本标准主要起草人李新华蔡仁良李俊英邵君平吴国松应道宴田争陈琳本标准委托机械工业部机械标准化研究所负责解释中华人民共和国国家标准钢制管法兰连接强度计算方法国家技术监督局批准实施范围本标准规定了用于钢制管法兰的两种强度法兰计算方法本标准的法兰计算方法主要用于公称压力为及的钢制管法兰本标准的法兰计算方法主要用于公称压力为及的钢制管法兰引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性钢制压力容器总则本标准适用于垫片在螺栓孔中心圆内侧的钢制圆形管法兰本标准不适用于椭圆形方形等特殊法兰及垫片在螺栓孔中心圆外侧的圆形管法兰带颈对焊或带颈平焊和承插焊法兰应采用热轧或锻造工艺制成不可由钢板直接割制如用钢板制造应沿钢板轧制方向割出板条然后弯制并使钢板的一个表面向内对着法兰轴线钢板应经无损探伤检查不得有分层对接焊缝应采用全熔透结构并进行焊后热处理螺栓的数量应尽可能多以使密封更均匀可靠螺栓孔中心距与螺栓孔直径之比不应大于螺栓孔中心圆应尽可能小以减小弯矩螺栓数量至少应为或的倍数不应采用小于或螺纹根径与此相近的螺栓螺栓的计算温度大于或标准压力大于时最好采用弹性螺栓除标准法兰外法兰盘与颈部的过渡半径不应小于且大于法兰计算方法符号或代号预紧状态下需要的最小螺栓总截面积实际使用的螺栓总截面积需要的螺栓总截面积取和中的较大值操作状态下需要的最小螺栓总截面积垫片有效密封宽度见条垫片基本密封宽度按表选取用于确定最小焊缝尺寸的基本尺寸取或中较小值法兰外径法兰螺栓中心圆直径垫片压紧力作用中心圆直径见图法兰内径当时在法兰颈部的轴向应力的计算式中以代替计算直径对松套法兰及的整体法兰对的整体法兰垫片外径螺栓的螺纹小径或杆部最小直径取其中较小值参数对于整体法兰以及作为整体法兰计算的任意式法兰对于松套法兰参数对于整体法兰以及作为整体法兰计算的任意式法兰对于松套法兰颈部应力校正系数由图查得及按表计算当时则为颈部小端应力和大端应力的比值当时取流体静压总轴向力流体静压力作用在法兰内径截面上的轴向力预紧状态下需要的垫片最小压紧力整体法兰以及作为整体法兰计算的任意式法兰的系数由图查得及按表计算松套法兰系数由图查得及按表计算操作状态下需要的垫片最小压紧力流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的轴向力之差法兰颈部高度参数法兰外径与法兰内径之比值垫片压紧情况下或操作情况下法兰设计的螺栓载荷预紧状态下需要的最小螺栓载荷操作状态下需要的最小螺栓载荷预紧状态下需要的法兰力矩操作状态下需要的法兰力矩法兰设计力矩取与之大值由于内压施于法兰内径截面的轴向力所产生的力矩分量由于垫片压紧力而产生的力矩分量由于内压施于法兰的总轴向力与施于法兰内径截面的轴向力之差而产生的力矩分量垫片系数按表选取垫片接触面宽度按表选取螺栓数量个设计内压力圆角半径从螺栓中心圆到法兰颈部与法兰背面交点的径向距离从螺栓中心圆到作用位置处的径向距离从螺栓中心圆到作用位置处的径向距离从螺栓中心圆到作用位置处的径向距离由值确定的系数按图选择法兰厚度接管厚度当按整体法兰计算时为倍当按松套法兰计算时为内压所需的接管壁厚度的倍但不小于由值确定的系数按图或表选取整体法兰以及作为整体法兰计算的任意式法兰的系数按图查取或表计算松套法兰系数按图查取或表计算由值确定的系数按图选取垫片比压力由表查得由值确定的系数按图选取法兰颈部大端有效厚度法兰颈部小端有效厚度系数法兰颈部轴向应力法兰环的径向应力法兰环的切向应力常温下螺栓材料的许用应力见第章设计温度下螺栓材料的许用应力见第章常温下法兰材料的许用应力见第章图垫片载荷反作用位置设计温度下法兰材料的许用应力见第章设计温度下接管材料的许用应力见第章表垫片基本密封宽度表垫片性能参数表完计算垫片垫片有效密封宽度选定垫片尺寸后按表确定垫片接触面的宽度和垫片基本密封宽度然后按以下规定计算垫片有效密封宽度当时当时垫片特性参数各种常用垫片的特性参数按表选取垫片压紧力作用中心圆直径见图对于图所示的松套法兰垫片压紧力作用中心圆直径即是法兰与翻边接触面的平均直径对于其他形式的法兰则按下述规定计算当时等于垫片接触面平均直径当时等于垫片接触面外直径减去垫片压紧力预紧状态下需要的垫片最小压紧力按式计算操作状态下需要的垫片最小压紧力按式计算垫片宽度校核垫片在预紧状态下受到最大螺栓载荷的作用可能因压紧过度而失去密封性能为此垫片须有足够的宽度其值按式校核式中按条确定注允许按成熟的使用经验确定法兰型式法兰按其整体性程度分为以下三种型式见图松套法兰法兰不直接与接管颈容器或管壁相连接的结构和不考虑其连接方式会产生与整体连接有相同机械强度的结构搭接法兰系与翻边短节组合使用的法兰如图中的及所示插接法兰系将法兰旋入管子或插入管子焊接装配的法兰如图中的及所示整体法兰法兰与接管颈容器或管壁一起铸成或锻成一个整体的结构以及用其他弧焊或气焊方法将它们对接焊成或连接成从而使法兰与接管颈容器或管壁被当作是相当于一个整体的结构在焊接结构中接管颈容器或管壁被当作法兰的颈典型的整体法兰结构如图中的及所示任意式法兰法兰与接管颈容器或管壁焊接装配的结构其组合相当于一个整体连接其计算应按整体法兰进行但为了简便当满足下列各值的条件时也可按松套法兰进行计算操作温度小于或等于典型的任意式法兰结构如图中的及所示图法兰型式图完图值颈部应力校正系数计算式列于表图值整体法兰及作为整体法兰计算的任意法兰的系数计算式列于表图值松套法兰系数计算式列于表图及的值含的项图值整体法兰及作为整体法兰计算的任意法兰的系数计算式列于表图值松套法兰系数计算式列于表螺栓载荷计算上所需的螺栓载荷用于计算螺栓所需的总有效截面积使用的螺栓载荷按以下规定预紧状态下需要的最小螺栓载荷按式计算操作状态下需要的最小螺栓载荷按式计算自紧式垫片所需的螺栓载荷需要的和实际的螺栓总截面积和需要的螺栓总截面积应为以下在预紧状态下和操作状态下需要的螺栓总截面积和中的较大值实际的螺栓总截面积应不小于需要的螺栓总截面积法兰设计螺栓载荷预紧状态下法兰设计螺栓载荷按式计算操作状态下法兰设计螺栓载荷按式计算法兰力矩预紧状态下需要的法兰力矩按式计算操作状态下需要的法兰力矩按式计算操作状态下法兰载荷的力臂按表规定表操作状态下法兰载荷的力臂法兰型式松套搭接法兰整体法兰以及作为整体法兰计算的任意式法兰松套插接法兰以及作为松套法兰计算的任意式法兰法兰设计力矩取以下大值法兰应力法兰应力须根据垫片预紧及操作的两种情况中起决定作用者并按照下列公式来决定对于不带颈的松套法兰和设计者按无颈法兰计算的带颈松套法兰以及按不带颈松套法兰计算的任意法兰法兰颈部轴向应力法兰环的径向应力法兰环的环向应力对于整体法兰及按整体法兰计算的任意法兰以及带颈松套法兰法兰颈部轴向应力法兰环的径向应力法兰环的环向应力法兰应力校核法兰的计算应力法兰颈部轴向应力将接管的一部分当作颈部的整体法兰以及作为整体法兰计算的任意式法兰如图所示与之较小值颈部与管子焊接的整体法兰如图中的及所示与之较小值整体法兰如图所示法兰环的径向应力法兰环的环向应力法兰组合应力计算带颈的松套插接形法兰时不能把与之连接的接管作为颈部一起计算如图中的及所示松套搭接形法兰中为了使搭接或翻边短节在垫片紧固时承受剪切力其剪切应力不得超过搭接材料许用拉伸应力的倍如图中的及所示管子靠近垫片接触面焊接的法兰焊接处焊缝的剪切应力应不得超过管子材料在设计温度下许用拉伸应力的倍如图中的及所示表法兰系数计算式其中系数表完法兰计算方法符号或代号预紧状态下需要的最小螺栓总截面积实际使用的螺栓总截面积需要的螺栓总截面积取与中的较大值操作状态下需要的最小螺栓总截面积垫片宽度重心与颈部小端距离垫片平均直径法兰外径法兰内径法兰螺栓中心圆直径接管内径螺栓孔直径螺栓孔计算直径计算需要的螺栓螺纹小径实际选用的螺栓螺纹小径重心距离密封安全系数预紧状态下需要的最小垫片压紧力操作状态下需要的最小垫片压紧力流体静压总轴向力流体静压力作用在法兰内径截面上的轴向力流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的轴向力之差操作状态下最大允许垫片压紧力法兰颈部高度预紧垫片系数操作垫片系数常温下垫片材料的变形阻力见表设计温度下垫片材料的变形阻力见表设计螺栓载荷预紧状态下需要的最小螺栓载荷操作状态下需要的最小螺栓载荷预紧状态下需要的法兰力矩操作状态下需要的法兰力矩螺栓数量个螺栓的设计裕度设计压力力臂见表法兰厚度接管厚度接管计算厚度垫片松弛系数对于金属垫片对于软垫片和金属软垫片常温下螺栓材料的许用应力见第章设计温度下螺栓材料的许用应力见第章常温下法兰材料的许用应力见第章设计温度下法兰材料的许用应力见第章管道材料的屈服极限法兰颈部小端有效厚度法兰颈部大端有效厚度齿形垫片的齿数法兰抗弯截面系数计算垫片垫片系数常用垫片的特性系数和或按表及表的规定表垫片系数表完表金属垫片材料的变形阻力和垫片材料软铝铜软铁低碳钢合金钢奥氏体钢注中间值可用内插法垫片压紧力预紧状态下需要的垫片最小压紧力按式计算操作状态下需要的垫片最小压紧力按式计算操作状态下垫片最大允许的压紧力对于金属平垫片按式计算对于金属齿形垫片按式计算要求但不超过垫片的允许压缩载荷螺栓螺栓载荷预紧状态下需要的最小螺栓载荷按式计算操作状态下需要的最小螺栓载荷按式计算若对于软垫片或金属软垫片可按式计算代替螺栓总截面积预紧状态下需要的最小螺栓总截面积按式计算操作状态下需要的最小螺栓总截面积按式计算需要的螺栓总截面积取与中的较大值螺栓的螺纹根径按式计算式中值按以下规定对于刚性螺栓当时当时对于中间值可用内插法计算对于弹性螺栓实际选用的刚性螺栓的螺纹小径或弹性螺栓芯杆直径应不小于螺栓设计载荷预紧状态下螺栓设计载荷按式计算操作状态下螺栓设计载荷按式计算法兰法兰类型对焊法兰包括带颈对焊法兰见图平焊法兰包括带颈平焊和承插焊法兰及板式平焊法兰见图松套法兰包括翻边环和平焊环板式松套法兰见图法兰力矩预紧状态下法兰力矩按式计算操作状态下法兰力矩按式计算式中力臂按表计算且表操作状态下法兰载荷的力臂法兰型式高颈法兰焊接法兰松套法兰法兰抗弯截面系数对焊法兰危险截面的法兰抗弯截面系数危险截面的法兰抗弯截面系数当时按式和计算危险截面的法兰抗弯截面系数危险截面的法兰抗弯截面系数危险截面的法兰抗弯截面系数此时外力矩焊接法兰危险截面的法兰抗弯截面系数以上各式中对于的法兰的法兰松套法兰的抗弯截面系数此时外力矩为强度条件在预紧或操作状态下法兰力矩在每一截面上引起的应力必须满足下列强度条件