法蘭毛坯設(shè)備法蘭的設(shè)計

法蘭目前的設(shè)計主流方法是Taylor-Waters法,，在設(shè)計長頸對焊法蘭過程中，往往因為參數(shù)多,，新手往往調(diào)整起來困難。調(diào)整后出圖,，經(jīng)過校審時,，往往又被改的面目全非。

那么設(shè)備法蘭應(yīng)該如何調(diào)整,，能夠做到既安全又經(jīng)濟,，還冗余性好。

安全性：就是至少能夠通過計算,。

經(jīng)濟性：通過計算的基礎(chǔ)上,，。

冗余性：在實際使用中,，遇到各種稍微超壓，超溫,，管道載荷等各種情況下,，還能夠安全使用。

法蘭的經(jīng)濟性

法蘭的成本是由什么決定的呢,？

對頸部對焊法蘭一般是由長頸法蘭鍛件為毛坯,，再通過機加工制造出來的,。

所以法蘭的成本大致為

A: 鍛件毛坯

B: 加工費等其它費用。

鍛件毛坯的基本決定了法蘭的成本,。而毛坯由法蘭盤直徑和厚度以及大端厚度和錐頸部高度,。

所以計算要控制的就是讓這4個參數(shù)獲得的材料最省。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭

在國標(biāo)設(shè)計中,，如果法蘭符合NB/T 47023,，包括法蘭的材料，溫度-壓力表,，腐蝕裕量,，對接的筒體厚度，匹配的墊片型式材料和螺柱螺母材料等等,，按照GB150.3,，可以免除計算。

當(dāng)做非標(biāo)的法蘭設(shè)計時,，為了迅速獲得大致合適的設(shè)計方案,，往往會要參考標(biāo)準(zhǔn)法蘭NB/T 47023，利用標(biāo)準(zhǔn)法蘭的數(shù)據(jù)再稍微調(diào)整,，以獲得最終的法蘭數(shù)據(jù),。

輸入數(shù)據(jù)到軟件中，經(jīng)常有一些容易出錯的地方,。

1.小端厚度應(yīng)該輸入筒體和法蘭小端的較小值,。詳情解析見：法蘭小端厚度應(yīng)該如何取值（續(xù)）

2.SW6的輸入是沒有考慮腐蝕裕量的，需要扣除腐蝕裕量,，修改的內(nèi)容有法蘭內(nèi)徑,，大端小端厚度。

3.SW6中,，遇到帶分程隔板的換熱器,，分程隔板處的面積是被壓緊寬度*壓緊長度。

特別是第一點,，由于筒體比較薄,，輸入小端厚度時經(jīng)常要做一些法蘭修改。而且往往是因為小端太薄,，導(dǎo)致很多應(yīng)力或者剛度通不過,。

很多朋友就會有疑問：

為什么標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭需要修改，為什么標(biāo)準(zhǔn)法蘭算不過,，是不是輸入的理解有問題,？

一般來說既然需要按照GB150.3或者ASME VIII I計算，那么就按照規(guī)范的方法來設(shè)計,，沒有必要糾結(jié)標(biāo)準(zhǔn)法蘭尺寸能不能修改的問題,。

畢竟管法蘭也不用算,，如果要計算，很多低壓力等級的也算不過,。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭尺寸

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭是我們國家的一項創(chuàng)新,，避免了很多五花八門的非標(biāo)法蘭設(shè)計，讓設(shè)計人員能夠較為順利的設(shè)計出較為合理的法蘭尺寸,。

但是世界上真有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭嗎,？

什么是標(biāo)準(zhǔn)件呢？

比如標(biāo)準(zhǔn)的螺栓螺母接管,，彎頭,，三通，SO法蘭等等,，知道了材料型號,，到市場上很容易買到現(xiàn)貨。那么設(shè)備法蘭能否再市場上買到現(xiàn)成的呢,？

可以說,，基本不可能。

所有的設(shè)備法蘭都是先做毛坯然后加工成所需要的尺寸,，都是需要出圖定制的,。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備作為一個尺寸參考是非常成功的。設(shè)計人員寫一個標(biāo)準(zhǔn)號和規(guī)格,，法蘭加工廠或者制造單位根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格描述出圖,，再按圖加工出來一個設(shè)備法蘭。

司馬光有云：“天地所生財貨百物,，不在民,，則在官。”

設(shè)備法蘭這張圖,，要么設(shè)計出,，要么制造單位出，是免不了的,。

所以因為法蘭是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭,，計算通不過時，糾結(jié)自己是不是可以修改尺寸,，修改尺寸會不會制造帶來不便,，不用擔(dān)心。

因為不管是標(biāo)準(zhǔn)的還是非標(biāo)的,，對于制造單位來說,，都是一樣的，甚至你能出張圖，比寫標(biāo)準(zhǔn)號,，更受制造單位歡迎。

錐頸部高度如何輸入

標(biāo)準(zhǔn)法蘭起到一個錨的作用,。

設(shè)計的比標(biāo)準(zhǔn)法蘭輕,，說明省了。

設(shè)計的比標(biāo)準(zhǔn)法蘭重,，說明偏重了,。

為了保證經(jīng)濟性，根據(jù)上面的說明,，如果法蘭盤直徑和厚度不變,，錐頸部的高度變化是不會影響到法蘭的經(jīng)濟性的。因為用的是相同的毛坯,。

增加法蘭頸部高度,，直到?jīng)]有直邊，此時成本和標(biāo)準(zhǔn)法蘭一致,，但是計算更容易通過,。

有朋友會說：

我同意小端取筒體厚度，如果用虛擬的h1代替錐頸部高度h,，是保守的,，這樣可以嗎？

原則上當(dāng)然是可以的,，只是虛擬的錐頸部需要計算,，是比較麻煩而已。

直接修改錐頸,，稍微留點直邊,，計算書中的尺寸和錐頸高度都能匹配，還不用去算虛擬錐頸h1,，更直觀一些,。

如果實在不行，可以取消直邊,，選用對接節(jié)點,。

如果說NB/T47020的法蘭與筒體節(jié)點是中國的發(fā)明，那么對接節(jié)點是放之四海而皆準(zhǔn)的,，可接受度更高,。

修改錐頸高度，說明一下h=多少即可,，是非常方便的,。

法蘭調(diào)整技巧

法蘭的調(diào)整技巧在《壓力容器設(shè)計工程師培訓(xùn)教程》一書中說的比較詳細：

當(dāng)然這是基本的思路，現(xiàn)在的法蘭多了一項剛度校核。有些法蘭應(yīng)力值很低,，但是剛度控制了法蘭,，也不得不進行調(diào)整。對于帶分程隔板的法蘭,，隔板處的墊片也是需要考慮的,。

對于一個特定項目而言，很多時候,，設(shè)備的墊片形式,，螺栓材料已經(jīng)定了，也就是墊片的MY值,，螺栓許用應(yīng)力定了,。法蘭的調(diào)整相當(dāng)于帶著鐐銬跳舞，可調(diào)整的余地降低了很多,。

這里有4個作為調(diào)整法蘭的思路還是值得試一試的,。

1.盡量降低法蘭的設(shè)計力矩Mo。

Mo是法蘭的總力矩,。法蘭的法蘭盤,，錐頸，圓筒一起承擔(dān)此總力矩,。所謂有福同享有難同當(dāng),，當(dāng)總力矩降低時，每個部件所承擔(dān)的也就少了,，后面的各個部件所受力按照旋轉(zhuǎn)剛度來分配,，這屬于人民內(nèi)部矛盾，可以再細分析,。

降低Mo的方法包括了：

a)降低法蘭的螺栓圓直徑,，縮小力臂。相同面積時,，小直徑多數(shù)量的

螺栓會比大直徑,，少數(shù)量的螺栓中心圓要小，力臂要小,，所以也更好點,。

b)當(dāng)Mo由預(yù)緊工況決定時，可以降低預(yù)緊時的螺栓力,。比如減少螺栓個數(shù)降低螺栓面積,，減少螺栓強度，減少墊片MY值或者寬度,。表現(xiàn)在計算書中可以看Am和Ab,，使得兩者盡量比較接近,。

2.合理分配Mo

總的Mo降低了，法蘭盤,，錐頸,，圓筒三部分共同承載，三者承載比例是按照旋轉(zhuǎn)剛度成正比,，能力越大,，責(zé)任越大，剛度越大,，承載越多。由于大多數(shù)時候,，小端厚度等于筒體厚度,，而加厚筒體是不經(jīng)濟的，所以下面的調(diào)整均不包含小端厚度調(diào)整,。

a)軸向應(yīng)力不過時,，可以看一下計算書中的f值

注意查看f值的大小，如果f等于1,，說明最大應(yīng)力在錐段大端,，可以通過加大大端的厚度，使大端應(yīng)力降低,。

b)當(dāng)徑向應(yīng)力不過時,，可以加大法蘭厚度。

c)當(dāng)環(huán)向應(yīng)力不過時,，錐頸部大端的加厚或者減薄會有影響,，具體可以通過輸入數(shù)據(jù)測試一下。所以這里也要提醒一下,，不是所有加厚,，對強度都是正面的影響。

d)當(dāng)剛度不過時,，為了使法蘭使用時偏轉(zhuǎn)降低,，可以加厚法蘭盤厚度或者增加錐頸大端厚度。

3. 保證經(jīng)濟性

如前面所說,，在調(diào)整尺寸時,，使得設(shè)計的法蘭的直徑和總高度大致等于所匹配的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭。這樣能夠保證無論最終調(diào)整成什么參數(shù),，成本和標(biāo)準(zhǔn)的基本一樣,。

4. 操作冗余

法蘭在實際使用中，邏輯和設(shè)計是有些不一樣的,。比如螺栓預(yù)緊力,，往往遠遠大于設(shè)計載荷,。通常法蘭壓不緊就螺栓再上緊些，通常情況,，對于計算通過的法蘭,，雖然實際預(yù)緊力偏大，往往并不影響,。

但是螺栓少時,，墊片壓的不均勻，計算通過,，往往對于操作時錯誤是比較敏感的,，一旦有錯，補救的機會很少,。所以適當(dāng)?shù)脑Ａ恳约鞍言Ａ糠旁诤线m的地方,，會使法蘭在實際操作中更容易密封。

比如當(dāng)Mo由操作工況決定時,，即高溫高壓工況,，可以試著盡量再多加點螺栓，增加了預(yù)緊工況的法蘭力矩,，但是此時的Mo不影響,，所以法蘭成本不影響。由于螺栓的增加,，增設(shè)備可操作冗余也增加了,。

再比如，兼做法蘭的管板,，其法蘭盤部分的厚度雖然根據(jù)強度已經(jīng)計算了,，但也不宜剛度過低。雖然管板和管束的整體剛度遠大于配對法蘭,，但是此處局部偏轉(zhuǎn)過大,，對密封的影響也是很大的?！肮馨搴穸纫恍∮?.6倍的管箱法蘭厚度”這條提醒,，也可以酌情參考一下。

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