法蘭配套產(chǎn)品
人孔法蘭凸緣密封性分析
材料：不銹鋼 碳鋼 合金鋼
交期：標(biāo)準(zhǔn)法蘭常年現(xiàn)貨
描述：聯(lián)系站長(zhǎng)免費(fèi)領(lǐng)取法蘭標(biāo)準(zhǔn)及重量表
規(guī)格： DN20-DN3000
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人孔法蘭凸緣密封的校核是壓力容器檢驗(yàn)的重 要組成部分。 人孔法蘭凸緣通過(guò)螺栓和墊片起到密 封效果， 要求其在各種設(shè)計(jì)載荷條件下均能有效地 實(shí)現(xiàn)密封功能。 凸緣的失效一般不是因?yàn)閺?qiáng)度問(wèn)題， 而是在螺 栓載荷、 墊片反力和介質(zhì)壓力的合成力矩作用下， 由于剛度不足而產(chǎn)生變形 （轉(zhuǎn)角）， 使其對(duì)墊片的 壓緊力不均勻， 從而導(dǎo)致泄漏。 因此， 控制凸緣剛 度和變形是凸緣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 控制凸緣變形， 目前比較通用的技術(shù)手段是通 過(guò)計(jì)算凸緣在荷載工況下的應(yīng)力， 根據(jù) JB 4732 標(biāo) 準(zhǔn)， 判斷其強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求。 曲永奎 [1] 通過(guò) ANSYS 軟件建立了法蘭的力學(xué)模型， 計(jì)算了法蘭 在操作工況下的應(yīng)力， 并按照 JB 4732 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn) 行了強(qiáng)度評(píng)定。 楊玉芬、 田新 [2] 采用有限元法對(duì) 脫硫塔容器法蘭進(jìn)行了有限元分析， 得到了法蘭的 應(yīng)力分布規(guī)律， 并依此判斷其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 本文采用有限元分析法建立了某壓力容器人孔 法蘭凸緣的有限元模型， 利用應(yīng)力分類(lèi)法對(duì)其進(jìn)行 了強(qiáng)度評(píng)定， 并采用極限分析方法分析了其在極限 載荷工況下凸緣密封面的扭轉(zhuǎn)角度。 本文還比較了 應(yīng)力分類(lèi)方法控制凸緣強(qiáng)度與極限分析方法計(jì)算扭 轉(zhuǎn)角在人孔法蘭凸緣密封性設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)劣性。
壓力容器的極限載荷分析法： 采用小位移理 論， 并采用理想彈塑性材料， 應(yīng)用有限元方法求得 引起結(jié)構(gòu)垮塌的極限載荷 [3]。 極限分析考慮了結(jié)構(gòu)的塑性變形， 能更真實(shí)地反應(yīng)載荷作用下的人孔凸 緣失效過(guò)程， 求出結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定狀態(tài)下的極限載荷， 防止結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性垮塌。
在筒體內(nèi)表面施加計(jì)算壓力， 墊片環(huán)面施加墊 片壓力， 螺栓面施加相應(yīng)的當(dāng)量壓力， 筒體斷面施 加當(dāng)量壓力， 其余模型切割面施加面對(duì)稱(chēng)邊界約 束。 在計(jì)算壓力 p=1.73 MPa 工況下， 筒體、 人孔 法蘭凸緣的應(yīng)力分布如圖 4 所示。 人孔法蘭凸緣的 計(jì)算結(jié)果如圖 5 所示。 由圖 5 可知， 人孔法蘭凸緣 應(yīng)力最大點(diǎn)發(fā)生在凸緣密封面內(nèi)側(cè)， 其應(yīng)力最大點(diǎn) 的應(yīng)力路徑為 Path-A。
按照 JB 4732—1995 對(duì)人孔法蘭凸緣進(jìn)行應(yīng)力 強(qiáng)度評(píng)定， 應(yīng)力評(píng)定結(jié)果如表 2 所示。 由表 2 可見(jiàn)， 凸緣一次局部薄膜應(yīng)力為 203.1 MPa， 小于其 許用應(yīng)力值 1.5Sm=267 MPa， 而一次薄膜應(yīng)力+彎曲 應(yīng)力 （PL+Pb） 超出其許用應(yīng)力值 1.5Sm=267 MPa， 不能滿(mǎn)足要求。 因此， 從凸緣應(yīng)力分類(lèi)結(jié)果來(lái)看， 其強(qiáng)度不能滿(mǎn)足要求。
極限分析屬于非線性分析， 采取載荷逐步加載 的方式， 逐步增加載荷， 直至計(jì)算不收斂。 在載荷 逐步增加的過(guò)程中， 材料進(jìn)入塑性階段， 最終材料 失去抗變形能力。 經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)， 在 p=2.8 MPa 時(shí)， 計(jì)算不收斂。 凸緣在最大應(yīng)力點(diǎn)分類(lèi)結(jié)果如表 3 所 示。 由表 3 可知， 當(dāng)荷載達(dá)到 1.8 MPa 時(shí)， 材料進(jìn) 入塑性階段。 凸緣在 p=1.8 MPa 時(shí)的變形如圖 6 所 示。 p=2.8 MPa 為模型在穩(wěn)定工況下的極限載荷， 凸緣在極限載荷工況下的變形如圖 7 所示。
（1） 利用 ANSYS 軟件對(duì)某壓力容器人孔法蘭 凸緣在計(jì)算壓力工況下進(jìn)行了強(qiáng)度分析， 并利用極 限載荷法分析了凸緣在極限載荷工況下的變形。 （2） 從凸緣應(yīng)力分類(lèi)結(jié)果來(lái)看， 凸緣在計(jì)算壓 力下其薄膜應(yīng)力+彎曲應(yīng)力超過(guò)許用值。 從極限分 析結(jié)果來(lái)看， 凸緣在計(jì)算壓力下其密封面扭轉(zhuǎn)角依 然滿(mǎn)足要求， 而實(shí)際使用工況下凸緣也未發(fā)生泄 漏， 這說(shuō)明采用極限分析來(lái)判斷凸緣的密封性更加 合理。 （3） 人孔法蘭凸緣的密封性主要取決于凸緣剛 度， 利用應(yīng)力來(lái)控制其密封性過(guò)于保守。
