法兰紧密性设计

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由于不少压力容器法兰按照规范设计并不能保证紧密的密封，同时新的垫片结构、材料的不断出现也要求补充新的垫片系数。这就对法兰设计方法提出了更高的要求。目前，许多机构都在补充垫片系数和改进法兰连接系统设计规范方面做了大量工作，其中美国压力容器研究委员会(PVRC— —Pressure Vessel research Council)和欧洲标准协会(CEN)下属的法兰及其接头技术委员会(TC74)所做工作尤为突出。
      出于改进ASME设计规范的需要，美国压力容器研究委员会PVRC在几十年中进行了广泛的垫片试验研究工作，积累了大量的试验数据，于上世纪90年代初提出了基于泄漏率准则的法兰连接设计计算新方法。新方法主要有以下几点：①使用连接紧密性作为设计准则，通过标准泄漏试验得到新
垫片常数G ⋯G。和相应的计算方法来确定预紧螺栓载荷[2]。②对法兰的刚度提出了要求，并考虑
用在法兰接头上的外力和外力矩。③对螺栓设计面积和设计螺栓操作载荷的定义作了修改，考虑了
2 z1 Q* {, P6 z8 L& u8 r1 {多程管壳式换热器中分程隔板上的垫片载荷对连接的可能影响。在计算出螺栓载荷以后，法兰的强
& H' i- }7 X% |0 g要求仍按照ASMEⅧ一1附录2的方法进行。新方法区别于传统的设计理念，将紧密性参数引入了设计中，更有效地控制了法兰的泄漏，但仍处在试验阶段，尚未成为执行标准。
      2001年，欧洲标准协会(CEN)通过了由其下属法兰及其接头技术委员会(TC74)提出的统一的欧盟标准：①EN1591—1《法兰及其接头—— 带垫片圆形法兰连接的设计规则》中第一部分《计算方法》_3]。②ENV1591—2《法兰及其接头—— 带垫片圆形法兰连接的设计规则》第二部分《垫片系数》_4]，并于2004年通过了EN13555《法兰及其接头—— 带垫片圆形法兰连接设计规则中所需垫片参数及其试验方法》[5]，用来提供EN1591—1中计算所用到的垫片特性参数的实验方法。
$ t. [( l: c. M  Q6 ]3 U) Z      EN1591也与传统的规范计算方法不同，考虑整个法兰一螺栓一垫片系统的特性，在压力、温度、外力和外弯矩等载荷作用下对法兰及其连接件进行完整性和密封性计算，保证了结构的完整性并控制接头泄漏。计算方法中对影响法兰连接性能的参数做了较为全面的考虑，包括考虑拧紧螺栓时载荷的分散性、相连管道或者壳体的影响、外载荷(轴向力和弯矩)以及螺栓和法兰之间温度差(法兰、螺栓和垫片的轴向热膨胀)等的影响，并且考虑到法兰连接系统在不同工况下的力学性能和密封性能，对每种工况考虑流体压力、外载荷和温度载荷作用，分别进行密封和强度计算。该方法允许将设计计算基于任何给定的泄漏率等级，更为全面地反映了法兰接头的机械特性和密封性能，对结构的完整性和泄漏的控制做出了合理、周全的考虑，设计计算与实际行为更加符合。

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1 \% q# E6 J# W《法兰实用手册》
3 q& L9 f4 |, o) o作　  者:  本书编委会
出 版 社:  中国标准
* J. h* ?' m- b7 d$ k+ ZISBN   :   750664072
原    价:  ￥66

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% c+ V  N* u! d2 N4 C
* q# T0 V9 W- }# n: p, o法兰实用手册-目录:
第一篇 管道法兰
; Z' z# Y. n9 p9 m3 b1 Q; W# J第1章 法兰型式、参数
+ C0 F! F5 o7 V1法兰结构型式
2法兰密封面
2．1法兰密封面型式及代号
2．2法兰密封面的加工
3法兰公称通径和钢管外径
3．1法兰公称通径
, f' B! V/ w6 R1 ^3．2钢管外径
8 M% ?. K8 {2 H4法兰连接尺寸
/ ?  z  s$ p* S6 s4 v5法兰公称压力和最高无冲击工作压力
, \0 i% B9 N/ p5．1法兰公称压力
: P# Q' Y. D2 m5．2法兰最高无冲击工作压力
' c, X$ F2 o0 x# Y9 k& |- N8 t第2章 钢制管法兰
) L0 b) Z0 K3 I" _' A5 A4 y* _1欧洲管法兰标准体系
# D5 |& z# ^8 f2 C  Y* i5 K1．1法兰类型和适用范围
1．2法兰连接尺寸
1．3法兰密封面
1．4法兰结构型式与尺寸
1．5法兰焊接接头型式和坡口尺寸
1．6法兰材料和压力一温度等级
: c/ d6 P4 |; J  x9 \* n2美洲管法兰标准体系
3 X1 M; {. z" q( @2．1法兰类型和适用范围
2 c. {- }- o9 [2．2法兰连接尺寸
+ P& j. o) S1 t9 @$ {! X! z2．3法兰密封面
2 ?# u# _! ?& p" q2．4法兰结构型式与尺寸
% f/ W6 J4 l( ?* @% E8 L) n2．5法兰焊接接头型式和坡口尺寸
2．6法兰材料和压力一温度等级
1 S! j% n$ o* k4 n9 L0 f6 ~3钢制管法兰计算质量
第3章 铸铁管法兰．
1法兰类型和适用范围
2法兰连接尺寸
3法兰密封面
4法兰结构型式与尺寸
9 Z9 R' D. K1 S' Z7 p4．1整体法兰
4．2带颈螺纹法兰
$ {$ D# e- C8 C8 X3 P1 [. f4．3带颈平焊和承插焊法兰
+ S' E. p: |+ a; }% G4．4管端翻边带颈松套法兰
6 s, C6 m: |3 C! i& Y4．5管法兰盖
+ ]3 V/ N3 ~- Q; _  l! @5法兰材料和压力一温度等级
5．1法兰材料
5．2法兰压力一温度等级
4 T6 E+ h- q. e第4章 铜合金及复合法兰
1法兰结构型式与尺寸
% o9 b. k8 ^- ~- j- U5 R. I1．1整体铸造法兰
6 k5 Q( G& ^+ ~( D: c1．2对焊法兰
' F- Y5 b: n/ q, i1．3板式平焊法兰
1．4带颈平焊法兰
8 ?. |8 Q9 I& c% L* q5 y1．5平焊环松套板式钢法兰
1．6对焊环松套板式钢法兰
+ Y2 [4 ~9 U0 {1．7法兰盖
) x  d, X  {3 W$ f3 U) w( y* ?2法兰材料及技术要求
3 \/ h- n& ~: w  P2．1法兰材料及其焊接
7 |. a- M' X* l: D2．2法兰尺寸公差
- |' i9 K6 j4 P, t7 `% o4 V2．3法兰密封面及其配用密封垫片
3法兰压力一温度等级
第5章 管道法兰用紧固件
1型式与尺寸
1．1六角头螺栓
1．2等长双头螺柱
1．3全螺纹螺柱
' |% Z( ^3 N/ i+ c) L% ~1 W1．4螺母
, }3 [! }: ]3 h- Q3 b* R$ \: m2材料及机械性能
0 G* E* t0 q: H  f( n& i2．1商品紧固件
3 f5 o8 o+ U" o  G. }- F9 d2．2专用紧固件
3技术要求
3．1商品紧固件
* Y& {+ o# I' ~' I: Q( }% P7 r3．2专用紧固件
3．3表面处理
4钢制管法兰连接用紧固件使用规定
( L0 _* }+ I, Z5 S4．1紧固件的使用条件
3 J4 M* O0 m3 ]: g7 ]; n( t4．2紧固件适用的压力、温度
- X5 j1 T0 \9 J  e# [" s) K2 |, a  S4．3紧固件的选配
5标记与标志
4 H, v, r  Z3 a) i7 z% h5．1标记
5．2标志
3 ^9 n; W) a$ x' I: [& A第二篇 压力容器法兰
; T. I. g& y4 C5 |第6章 法兰型式、参数
7 W" }7 p/ x0 Z+ o4 S7 ]* ~9 O! p1法兰分类及法兰类型代号
1．1法兰分类
1．2法兰类型代号
& K' m. @5 W' [3 Q2法兰适用参数范围
5 ]8 N2 F8 d" I" E! Z) Y3法兰密封面
% Y2 X0 P; D, x' M+ j. x/ S- `4法兰标记
4．1标记方法
4．2标记示例
第7章 压力容器法兰产品
1法兰结构型式与尺寸
1．1平焊法兰
1．2长颈对焊法兰
2法兰压力一温度等级或法兰工作温度及最大允许工作
! z3 I8 Y0 a# @, ^4 I' u  Z$ P压力
2．1平焊法兰
2．2长颈对焊法兰
3法兰技术要求
) K) F9 e3 l$ `5 i+ n3．1总的要求
) ^' U$ d7 s: g; w& P' G3．2材料
9 V- @4 `& D. @7 s( w- ]7 L3．3机械加工
3．4焊接
& ~, n0 w' J6 \4 ]! ~7 A3．5法兰与圆筒连接要求
: `8 |3 X% @3 k( N6 i6 r' Z3 G3．6检验与验收
3．7其他要求
第8章 法兰选用
( d& t7 x% n# w8 v1选用原则与法兰类型适应的腐蚀裕量
1．1选用原则
1．2腐蚀裕量
2法兰用垫片的选择
' _& x/ c# \! f) u7 m# j% T/ `3法兰用螺柱的选择
1 {# C3 \9 m+ r  _1 E3．1螺柱材料的选用
' M2 \  y0 ^! m7 G1 _3．2螺柱的型式与尺寸
# u8 L" v6 }; Z4 z$ \0 z1 }4法兰、垫片、螺柱、螺母材料匹配
5轧制法兰断面型式及选用
/ i  B. U8 T( x4 M) s# e4 Q5．1断面型式
0 H- R+ j% [2 }  c' y5．2选用
第三篇 法兰设计计算方法
0 z- F7 V* \* r- T第9章 法兰强度设计的基本理论
1基于材料力学的分析方法
! G# G# K; ^7 |" r" s) v1．1巴赫法
& C1 K5 X; j7 L( k1．2Ty8100方法
- B5 ?  n) [( J5 r) P2基于弹性分析的方法
2．1Waters法的假设与简化
, m: v9 @; E0 \2．2计算模型
7 I0 v" L: h4 _0 ~+ }2．3解析过程简述
: M! h# b1 G+ f) S, c# W* |# l3基于塑性极限载荷的分析方法
2 X* d7 V2 H7 `% E0 f3 l/ k第10章 主要法兰设计方法的比较
1基于材料力学的分析方法
1．1巴赫法
1．2Ty8100方法
1 e: K1 t9 n9 T* e2基于塑性极限载荷的分析方法——DIN、AD方法
0 p, x! Q6 l/ {7 y1 m5 O# l* ?3基于弹性分析的方法
第11章 我国钢制管法兰连接强度计算方法
1 O* K2 }! n4 D4 F$ o( p! ]4 S* ]1计算方法总则
2计算方法A
2．1符号说明
  ]8 U- [9 z. M6 d8 l2．2计算
$ W0 a* z- Y2 e) V1 e: `6 l2．3计算方法A简评
, T$ }- y: q8 s9 d# z- _9 u4 O3计算方法B
, _3 O! t0 a; V! u3．1符号说明
( D6 F6 \5 L$ ^" W" G3．2计算
5 X4 P. x) X# \3．3计算方法B简评
/ `; F. O" W% k$ i1 A4 z第12章 AsME规范设计新方法
1紧密性概念和紧密性参数
2紧密性分级
" ?7 e4 H) x0 b& e! W3确定所需螺栓总截面积的方法
' i* B$ I' i0 A* w! s3．1柔性法
9 L  ?# s+ ?1 }; s3．2简化法
1 x% [& t+ O5 J7 r- |1 }; ]1 Z, A第13章 螺栓法兰连接的紧密性设计方法
1垫片基本性能及其表征
2 X. K) }* r$ f5 k0 {& u- C1．1压缩回弹特性
) {; Q1 ~2 p6 k5 \9 ^4 }1．2蠕变性能
1．3密封性能
0 o  e: S4 u8 j( m2螺栓法兰连接的变形协调分析
2．1法兰轴向位移计算
/ I2 E' S+ `( f7 J- u5 V2．2螺栓变形量计算
+ l: T2 o+ R6 p2 f4 y2．3垫片变形量计算
( g# g2 [/ h) o* f& o7 ^) i2．4连接系统的变形协调方程
3螺栓法兰连接的紧密性分析
3．1紧密性分析的基本内容
3．2紧密性分析方法


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法兰实用手册-简介:
; x0 _" Q2 Z7 b0 J2 N8 \5 H8 x2 B本手册以现行法兰标准为依据，分三篇13章重点介绍了管道法兰、压力容器法兰及法兰设计计算方法。内容包括：管道法兰型式、参数；钢制管法兰；钢制管法兰用紧固件；铸铁管法兰；铜合金及复合法兰；压力容器法兰型式、参数；压力容器法兰产品；压力容器法兰选用，法兰强度设计的基本理论；主要法兰设计方法的比较；我国钢制管法兰连接强度计算方法；ASME规范设计新方法；螺栓法兰连接的紧密性设计方法。