法蘭知識(shí)問(wèn)答
高壓容器接管法蘭的強(qiáng)度
更新時(shí)間??2021-07-21 18:20 閱讀
分析了壓力容器接管及其管法蘭的受力情況,指出接管同時(shí)起著開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)和承受一部分法蘭力 矩等兩方面的作用。在中低壓容器上,由于通常采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng),因此開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)無(wú)需由接管承擔(dān),接管長(zhǎng)度 可用于承受一部分法蘭力矩;高壓容器由于不能采用補(bǔ)強(qiáng)圈,通常采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng),而接管由于受鍛件高度 的限制,往往只存在開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的長(zhǎng)度,不存在承受法蘭力矩要求的接管長(zhǎng)度,為此在這種情況下管法蘭不能 按整體法蘭計(jì)算,應(yīng)以帶頸活套法蘭設(shè)計(jì)。
壓力容器接管及其管法蘭從受力上講,起著 兩方面的作用:一是在接管與筒體、封頭連接端起 著開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的作用。二是在接管與管法蘭連接端 起著承受法蘭力矩的作用。 起開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)作用的長(zhǎng)度,根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)法 規(guī)定Ⅲ為:以萬(wàn) 其中:d——開(kāi)孑L計(jì)算直徑,mm; d——接管厚度,mm。 此長(zhǎng)度的力學(xué)意義是:圓柱殼在邊界力作用 下,殼中環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度比。起承受法 蘭力矩作用的接管長(zhǎng)度為廁,此長(zhǎng)度的力學(xué)意 義是:圓柱殼在邊界力作用下,殼中軸向彎曲應(yīng)力 的衰減長(zhǎng)度。 為此接管為承擔(dān)起上述兩項(xiàng)作用,接管結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度如圖1所示,長(zhǎng)度至少應(yīng)為: 墑+以麗 另外從結(jié)構(gòu)上講,接管長(zhǎng)度應(yīng)滿足保溫層厚 度等要求。
在中低壓容器上,通常采用補(bǔ)強(qiáng)圈。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)圈使用被補(bǔ)強(qiáng)殼體的材料,且其外徑等于2d時(shí), 則該接管的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)已滿足上述要求。為此開(kāi)孔 補(bǔ)強(qiáng)無(wú)需由接管承擔(dān),此時(shí)接管長(zhǎng)度僅滿足承受 法蘭力矩的長(zhǎng)度即可,且一般接管長(zhǎng)度都能滿足。 對(duì)高壓容器來(lái)說(shuō),由于不能采用補(bǔ)強(qiáng)圈,而采 用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)。一般采用鍛件,同時(shí)管法蘭為長(zhǎng) 頸法蘭,所以往往將它們做成一整體,為減小鍛件 高度,使其總高度往往不滿足~/d艿+√2d艿。然而 在此處開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中一般將所有接管長(zhǎng)度全部 作為接管外伸長(zhǎng)度h,參與補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。因此接管 已不能作為承受法蘭力矩的接管長(zhǎng)度了。 法蘭無(wú)論長(zhǎng)頸法蘭還是平焊法蘭,在其整體 法蘭計(jì)算中,是將該法蘭分成三部分,即法蘭 環(huán)、錐頸和圓筒(見(jiàn)圖2整體法蘭結(jié)構(gòu))。在法蘭 力矩作用后,法蘭是由這三部分共同承載的。其 承載比例按三者的旋轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行分配,為此圓 筒要承受一部分法蘭力矩,在圓筒中產(chǎn)生軸向彎 曲應(yīng)力,此應(yīng)力的分布范圍即廁,所以圓筒至 少應(yīng)有此長(zhǎng)度,才能滿足法蘭的計(jì)算要求。 上述高壓容器接管法蘭,由于不存在原本應(yīng) 承受部分法蘭力矩的接管長(zhǎng)度,所以此時(shí)的接管 法蘭不能作為整體法蘭處理,只能作為沒(méi)有圓筒 的整體法蘭一帶頸活套法蘭計(jì)算了。
帶頸活套法蘭(見(jiàn)圖3帶頸活套法蘭),與整 體法蘭(見(jiàn)圖2整體法蘭結(jié)構(gòu))受力的區(qū)別在于前 者沒(méi)有圓筒,使錐頸小端的軸向彎矩等于零,因此 法蘭錐頸小端的軸向彎曲應(yīng)力6H一0,大端的軸 向彎曲應(yīng)力6H減少,但由此使法蘭偏轉(zhuǎn)加大,所 以法蘭環(huán)的環(huán)向應(yīng)力6,大幅增加,而徑向應(yīng)力6。 減少。從而使法蘭五項(xiàng)控制應(yīng)力變化如下‘31: 6H(小端)=0,6H(大端)減少,6,增加,6。減少 (6H+6。)減少,6H+6.不確定所以,此時(shí)法蘭的應(yīng)力應(yīng)按帶頸活套法蘭重 新計(jì)算,并確保使其滿足五項(xiàng)強(qiáng)度條件。 帶頸活套法蘭的計(jì)算可在原整體法蘭計(jì)算的 基礎(chǔ)上進(jìn)行修正計(jì)算‘1】,其中修改廠一1.F。以F。, 代替,V。以V。,代替(L。不變)。 壓力容器設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員對(duì)接管往往只考 慮其對(duì)開(kāi)ZPL牢b強(qiáng)的作用,而忽視了其承受法蘭力 矩的作用。特別在高壓容器設(shè)計(jì)中普遍存在此問(wèn) 題,應(yīng)予重視并糾正,以確保接管的兩項(xiàng)作用同時(shí) 到位,確保開(kāi)孑L補(bǔ)強(qiáng)和法蘭強(qiáng)度都能滿足要求。 否則必須進(jìn)行應(yīng)力分析,通常用有限元分析加以 評(píng)定;其實(shí)質(zhì)是將開(kāi)孑L補(bǔ)強(qiáng)和法蘭力矩作用結(jié)合 在一起,一并進(jìn)行分析。
兩種載荷同時(shí)作用時(shí)的管板應(yīng)力可將圖2與 圖3的應(yīng)力相疊加,得到合成應(yīng)力分布如圖4所 示。由于兩種載荷作用時(shí),它們的最大應(yīng)力不在 同處,故疊加后的最大應(yīng)力增大并不很多。
作用于管板的重量載荷與壓力載荷是兩種不 同性質(zhì)的載荷,按重量載荷折算的當(dāng)量壓力雖不 大,但由于在它作用下的管板厚度要按U型管板 計(jì)算,當(dāng)換熱器直徑較大時(shí),此管板計(jì)算厚度相當(dāng) 可觀,以致大于按壓力載荷作用的固定管板的計(jì) 算厚度,而成為管板設(shè)計(jì)厚度的控制因素,為此必 須充分加以考慮。
壓力容器接管及其管法蘭從受力上講,起著 兩方面的作用:一是在接管與筒體、封頭連接端起 著開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的作用。二是在接管與管法蘭連接端 起著承受法蘭力矩的作用。 起開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)作用的長(zhǎng)度,根據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)法 規(guī)定Ⅲ為:以萬(wàn) 其中:d——開(kāi)孑L計(jì)算直徑,mm; d——接管厚度,mm。 此長(zhǎng)度的力學(xué)意義是:圓柱殼在邊界力作用 下,殼中環(huán)向薄膜應(yīng)力的衰減長(zhǎng)度比。起承受法 蘭力矩作用的接管長(zhǎng)度為廁,此長(zhǎng)度的力學(xué)意 義是:圓柱殼在邊界力作用下,殼中軸向彎曲應(yīng)力 的衰減長(zhǎng)度。 為此接管為承擔(dān)起上述兩項(xiàng)作用,接管結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度如圖1所示,長(zhǎng)度至少應(yīng)為: 墑+以麗 另外從結(jié)構(gòu)上講,接管長(zhǎng)度應(yīng)滿足保溫層厚 度等要求。
在中低壓容器上,通常采用補(bǔ)強(qiáng)圈。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)圈使用被補(bǔ)強(qiáng)殼體的材料,且其外徑等于2d時(shí), 則該接管的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)已滿足上述要求。為此開(kāi)孔 補(bǔ)強(qiáng)無(wú)需由接管承擔(dān),此時(shí)接管長(zhǎng)度僅滿足承受 法蘭力矩的長(zhǎng)度即可,且一般接管長(zhǎng)度都能滿足。 對(duì)高壓容器來(lái)說(shuō),由于不能采用補(bǔ)強(qiáng)圈,而采 用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)。一般采用鍛件,同時(shí)管法蘭為長(zhǎng) 頸法蘭,所以往往將它們做成一整體,為減小鍛件 高度,使其總高度往往不滿足~/d艿+√2d艿。然而 在此處開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算中一般將所有接管長(zhǎng)度全部 作為接管外伸長(zhǎng)度h,參與補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。因此接管 已不能作為承受法蘭力矩的接管長(zhǎng)度了。 法蘭無(wú)論長(zhǎng)頸法蘭還是平焊法蘭,在其整體 法蘭計(jì)算中,是將該法蘭分成三部分,即法蘭 環(huán)、錐頸和圓筒(見(jiàn)圖2整體法蘭結(jié)構(gòu))。在法蘭 力矩作用后,法蘭是由這三部分共同承載的。其 承載比例按三者的旋轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行分配,為此圓 筒要承受一部分法蘭力矩,在圓筒中產(chǎn)生軸向彎 曲應(yīng)力,此應(yīng)力的分布范圍即廁,所以圓筒至 少應(yīng)有此長(zhǎng)度,才能滿足法蘭的計(jì)算要求。 上述高壓容器接管法蘭,由于不存在原本應(yīng) 承受部分法蘭力矩的接管長(zhǎng)度,所以此時(shí)的接管 法蘭不能作為整體法蘭處理,只能作為沒(méi)有圓筒 的整體法蘭一帶頸活套法蘭計(jì)算了。
帶頸活套法蘭(見(jiàn)圖3帶頸活套法蘭),與整 體法蘭(見(jiàn)圖2整體法蘭結(jié)構(gòu))受力的區(qū)別在于前 者沒(méi)有圓筒,使錐頸小端的軸向彎矩等于零,因此 法蘭錐頸小端的軸向彎曲應(yīng)力6H一0,大端的軸 向彎曲應(yīng)力6H減少,但由此使法蘭偏轉(zhuǎn)加大,所 以法蘭環(huán)的環(huán)向應(yīng)力6,大幅增加,而徑向應(yīng)力6。 減少。從而使法蘭五項(xiàng)控制應(yīng)力變化如下‘31: 6H(小端)=0,6H(大端)減少,6,增加,6。減少 (6H+6。)減少,6H+6.不確定所以,此時(shí)法蘭的應(yīng)力應(yīng)按帶頸活套法蘭重 新計(jì)算,并確保使其滿足五項(xiàng)強(qiáng)度條件。 帶頸活套法蘭的計(jì)算可在原整體法蘭計(jì)算的 基礎(chǔ)上進(jìn)行修正計(jì)算‘1】,其中修改廠一1.F。以F。, 代替,V。以V。,代替(L。不變)。 壓力容器設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員對(duì)接管往往只考 慮其對(duì)開(kāi)ZPL牢b強(qiáng)的作用,而忽視了其承受法蘭力 矩的作用。特別在高壓容器設(shè)計(jì)中普遍存在此問(wèn) 題,應(yīng)予重視并糾正,以確保接管的兩項(xiàng)作用同時(shí) 到位,確保開(kāi)孑L補(bǔ)強(qiáng)和法蘭強(qiáng)度都能滿足要求。 否則必須進(jìn)行應(yīng)力分析,通常用有限元分析加以 評(píng)定;其實(shí)質(zhì)是將開(kāi)孑L補(bǔ)強(qiáng)和法蘭力矩作用結(jié)合 在一起,一并進(jìn)行分析。
兩種載荷同時(shí)作用時(shí)的管板應(yīng)力可將圖2與 圖3的應(yīng)力相疊加,得到合成應(yīng)力分布如圖4所 示。由于兩種載荷作用時(shí),它們的最大應(yīng)力不在 同處,故疊加后的最大應(yīng)力增大并不很多。
作用于管板的重量載荷與壓力載荷是兩種不 同性質(zhì)的載荷,按重量載荷折算的當(dāng)量壓力雖不 大,但由于在它作用下的管板厚度要按U型管板 計(jì)算,當(dāng)換熱器直徑較大時(shí),此管板計(jì)算厚度相當(dāng) 可觀,以致大于按壓力載荷作用的固定管板的計(jì) 算厚度,而成為管板設(shè)計(jì)厚度的控制因素,為此必 須充分加以考慮。
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