压力容器设计法兰设计选型计算

PcMPat℃EMPa[σ]fMPa[σ]ftMPaDimmC2mmDbmm[σ]bMPa[σ]btMPamyMPaNmmb0mmdimmdommbmmDGmmNNNFNNmm2mm2Ammm2dBmmPmmndB1mmAbmm2W0NW1N螺栓计算预紧状态下螺栓设计载荷操作状态下螺栓设计载荷Aa=Wa/[σ]b67.251.533E+044.240E+064.262E+061.964E+04Am取Aa和Ap中的大值1.964E+04螺栓公称直径螺栓数量3068螺栓螺距垫片简图6.422E+06法兰型式任意式法兰（按整体法兰计算）需要的螺栓面积计算压力W0=(Am+Ab)[σ]b/2W1=Wp217垫片系数比压力垫片压紧力预压状态下最小压紧力Fa（内压）垫片特性参数垫片内径15CrMo228设计温度法兰材料垫片外径23242348螺栓材料螺栓许用应力室温下许用应力设计温度许用应力6020Ⅱ185117.5共3页第1页法兰计算（整体法兰）(GB150.3-2011)1计算基本数据计算简图2010002424螺栓分布圆直径1法兰材料常温弹性模量法兰许用应力室温下许用应力设计温度许用应力法兰内径2300腐蚀裕量11.4图6Fa=πDGbyFp=2πDGbmPc垫片计算11.7垫片接触宽度垫片基本密封宽度1.5垫片有效密封宽度垫片压紧力作用中心圆直径实际螺栓面积Wa=Fa内压引起的总轴向力Wp=F+Fp预紧状态下需的最小螺栓载荷Wa操作状态下需的最小螺栓载荷Wp预紧状态下需的最小螺栓面积Aa操作状态下需的最小螺栓面积Ap1.50按GB150规定2324.001.533E+042.190E+044.262E+06螺栓小径3.5026.21Ab=nπ(dB1/2)2Ap=Wp/[σ]bt3.669E+04操作状态下最小压紧力Fp0053.2bbbb或cGPDF2785.0LAmmLemmLmmDommmmδ1mmδ0mmmmmmmmMaN·mmNNMpN·mmM0N·mmhmmfKDi1mmTYUZFIVImmh0mmemm-1d1mm3λ[σ]nMPa[σ]ntMPaσHMPaσRMPaσTMPaDτmmιmmAτmm2τ0MPaτ1MPaMPaMPaσHRMPaσHTMPa25.6330FT=F-FD1.8828.16与K相关系数法兰环向应力σT=YM0/(δf2Di1)-ZσR176.25或σH=1.5[σ]ft不需计算法兰计算（整体法兰）(GB150.3-2011)共3页第2页13.30法兰外、内直径比1.08法兰计算直径2300.00筒体常温许用应力245设计温度下许用应力与K相关系数与K相关系数法兰颈高度15应力校正系数2.27操作状态的法兰力矩Mp=FDLD+FTLT+FGLG2.095E+08法兰设计力矩M0=max(Ma[σ]ft/[σ]f,Mp)2.095E+08FD=0.785Di2Pc4.153E+068.712E+0456.0036预紧状态的法兰力矩Ma=(Am+Ab)[σ]bLG/23.211E+08法兰外径2480参数LD、LG、LT计算49.0050.00法兰最小径向尺寸350.910.48150法兰参数191.8315法兰系数2.08连接筒体材料Q245R法兰轴向应力σH=fM0/(λδ12Di1)147.24法兰径向应力σR=(1.33δfe+1)M0/(λδf2Di1)Do不符合要求，应该大于或等于2482mm符合要求53.3923323.79117.5查表7-3法兰计算法兰颈肩部厚度26法兰颈部厚度16螺孔分布中心到颈肩距离LA法兰有效厚度(假设)δf4.72E-032.88E+06法兰参数法兰参数法兰系数法兰系数与K相关系数法兰内径截面内压引起的轴向力FDτ1=W1/Aτ38.78σH=min（1.5[σ]ft,2.5[σ]nt)Aτ=πDτι1.099E+05预紧状态下的剪切力τ0=W0/Aτ58.44总轴向力F内径截面轴向力之差FTσH'操作状态下的剪切力组合应力LD=LA+0.5δ1或LD=LA+δ1LG=(Db-DG)/2LT=(LA+LG+δ1)/2或LT=(LD+LG)/2剪切面积σHT=（σH+σT）/2100.32组合应力σHR=（σH+σR）/2最小螺栓间距70查表7-3查表7-3校核75.51剪切面计算直径（法兰所镶嵌的筒体外径）剪切面计算高度（法兰颈部与筒体焊接的角焊缝高度）校核轴向应力σH≤MPaσR≤MPaστ≤MPaσHR≤MPaσHT≤MPaτ0≤MPaτ1≤MPaMPaK1mmmm≥mm≤mm应力校核117.5合格176.25σH'=117.5117.5合格196合格合格94法兰计算（整体法兰）(GB150.3-2011)共3页第3页刚度校核刚度校核J≤1660.000.3法兰刚度系数199000660法兰材料设计温度弹性模量E'预紧状态法兰刚度指数J8.6018E-0170校核法兰螺栓尺寸检验两相邻螺栓间距L'=Dbsin[π·360/(180·2n)]111.95螺栓最大间距Lmax=2dB+6δf/(m+0.5)合格检验尺寸合格合格合格合格117.5合格oIoIhKEMVJ2014.52tn][8.0n][8.0tf][tf][tf][tf][maxL'L'L'LLmaxLMPa℃mmMPaMPammMPaMPammmmMPammmmmmmmmmmmmmNNmmmmmm2垫片接触宽度N2.35E+02螺栓螺距P垫片计算垫片压紧力作用中心圆直径DG操作状态下最小压紧力Fp实际螺栓面积Ab预紧状态下最小压紧力Fa垫片特性参数垫片内径di（活套法兰按GB150.3-2011规定）其它型式法兰Ab=nπdB12/4=2.5螺栓小径dB1螺栓17.29垫片计算图垫片有效密封宽度b垫片基本密封宽度b0垫片系数m比压力y垫片外径do图1a法兰材料室温下许用应力[σ]f设计温度下许用应力法兰内径Di螺栓材料室温下许用应力[σ]b设计温度下许用应力螺栓螺栓公称直径dB螺栓数量n201螺栓分布圆直径Db法兰计算图设计压力Pc（内压）任意式法兰（按活套法兰计算）设计温度t法兰腐蚀裕量C2共2页第1页法兰计算（活套法兰）（GB150.3-2011）设计条件计算简图法兰型式tftb0053.2bbbb或byDFGacGpbmPDF2NNNmm2mm2mm2NNmmmmmmmmmmmmmmmmN·mmNNN·mmN·mmmmmmmmmm2MPaMPaMPaσTMPaτ0MPaτ1MPa法兰计算剪切面计算直径（任意式法兰为所镶嵌筒体外径）Dτ法兰与K相关系数YY=[(0.66845+5.71690K2logK/(K2-1)]/(K-1)=法兰环向应力σTσT=YMo/(δf2Di)=预紧状态下的剪切力τ0τ0=W0/Aτ=预紧状态下的剪切力τ1τ1=W1/Aτ=应力校核法兰应力计算0.8[σ]f=剪切面计算高度（任意式法兰为与筒体焊接的角焊缝高度，松式法兰为卷边厚度）ι剪切面积AτAτ=πDτι=法兰设计力矩M0法兰形状系数KK=Do/Di=法兰计算厚度δf操作状态下法兰力矩MpMp=FDLD+FTLT+FGLG=参数LD、LG、LT计算LD=(Db-Di)/2=0LG=(Db-DG)/2=0LT=(LD+LG)/2或(Db-DG)/2=0内径截面上内压引起轴向力FDFD=0.785Di2Pc=0总轴向力F与轴向力FD之差FTFT=F-FD=预紧状态下法兰力矩MaMa=(Am+Ab)[σ]bLG/2=0法兰最小螺栓间距46查GB150.3-2011表7-3法兰颈根部厚度δ1δ1=任意式法兰为与筒体焊接焊角宽度法兰外径Do=应大于或等于88mmLA=Le=2420查GB150.3-2011表7-3查GB150.3-2011表7-3法兰最小径向尺寸预紧状态下螺栓设计载荷W0W0=(Am+Ab)[σ]b/2=0.00E+00操作状态下螺栓设计载荷W1W1=Wp=螺栓计算共2页第2页法兰计算（活套法兰）（GB150.3-2011）预紧状态所需最小螺栓面积AaAa=Wa/[σ]b=操作状态所需最小螺栓面积Ap需要的螺栓面积AmAm取Aa和Ap中的大值0.00E+00内压引起的总轴向力F操作状态所需最小螺栓载荷WpWp=F+Fp=预紧状态所需最小螺栓载荷WaWa=Fa=cGPDF2785.0tbppWA/Ltftf8.0)/max(0pftfa，MMM)/(0itffDYMMPa℃mmMPaMPammMPaMPammmmmmMPammmmmmmmmmNNmmmmmm2mmmmmm螺栓材料室温下许用应力[σ]b设计温度t腐蚀裕量C2法兰计算（宽面法兰）（GB150.3-2011）共2页第1页设计条件计算简图法兰法兰材料室温下许用应力[σ]f设计温度下许用应力法兰内径Di预紧状态下最小压紧力Fa'螺栓数量n1DG'=Db-(db+2b)=螺栓公称直径dB20操作状态下最小压紧力Fp'0.00E+00垫片压紧力作用中心圆直径DG'垫片计算垫片的基本密封宽度b0'b0'=D-Db=操作状态垫片有效密封宽度2b2b=5垫片外径D预紧状态垫片有效密封宽度b'设计温度下许用应力螺栓分布圆直径Db参数Lp'、LR、LT'计算Lp'=(db+2b)/2=2.5设计压力Pc带颈法兰法兰型式螺栓螺栓孔直径db螺栓计算LT'=[(Db+db+2b)-Di]/4=1.25LR=[D-(Db+db)]/4+db/2=0垫片参数垫片系数m比压力y螺栓螺距P2.5螺栓小径dB117.29实际螺栓面积AbAb=nπdB12/4=2.35E+02-5tftbybDFba''cGpmPbDF''2'0'4bbNNNNmmNNmm2mm2mm2NNmmmmmmmmmmN·mmmmmmmmmm2MPaMPaMPaσTMPaτ0MPaτ1MPa法兰计算法兰最小径向尺寸LA=30查GB150.3-2011表7-3Le=20查GB150.3-2011表7-3法兰最小螺栓间距预紧状态所需最小螺栓载荷WaWa=Fa'=法兰形状系数KK=Do/Di=内径截面上内压引起轴向力FDFD=0.785Di2Pc=0预紧状态下螺栓设计载荷W0W0=(Am+Ab)[σ]b/2=操作状态下螺栓设计载荷W146查GB150.3-2011表7-3法兰外径Do=应大于或等于100mm法兰颈根部厚度δ1δ1=内压引起的总轴向力F'0.00E+00操作状态所需最小螺栓载荷WpAm取Aa和Ap中的大值总轴向力F与轴向力FD之差FT'FT'=F'-FD=0.00E+00Wp=F'+Fp'+FR=预紧状态所需最小螺栓面积AaAa=Wa/[σ]b=操作状态所需最小螺栓面积ApW1=Wp=螺栓中心至FD作用处距离LDLD=(Db-Di)/2=0.00需要的螺栓面积Am剪切面计算高度（法兰与筒体焊接的角焊缝高度）ι剪切面积AτAτ=πDτι=法兰计算厚度δf法兰设计力矩M0M0=FRLR=任意式法兰为与筒体焊接焊角宽度法兰与K相关系数YY=[(0.66845+5.71690K2logK/(K2-1)]/(K-1)=应力校核0.8[σ]f=法兰环向应力σTσT=YMo/(δf2Di)=预紧状态下的剪切力τ0τ0=W0/Aτ=预紧状态下的剪切力τ1τ1=W1/Aτ=法兰应力计算剪切面计算直径（任意式法兰为所镶嵌筒体外径）Dτ法兰计算（宽面法兰）（GB150.3-2011）共2页第2页螺栓计算平衡力矩所需轴向力FRFR=(FDLD+Fp'Lp'+FT'LT')/LR=tbppWA/Ltftf8.0cbbPdDF2')(785.0)(][60bbtffndDM