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1、·46·化工设备与管道第42卷应用软件也谈浮头法兰的合理设计丁伯民(华东理工大学,上海200237)摘要通过对浮头法兰计算原理分析并以数值解为基础作出线算图,对可能存在最佳设计或最经济设计作出判别,作出最佳或最经济设计的程序框图。关键词浮头法兰最佳设计最经济设计1前言的、即最佳设计。文[3]、[4]从求取最佳Lr出发,认为由于浮头法兰所受力矩不仅和垫片结构尺寸、使法兰在管、壳程两种操作工况下各自求得的法兰计ts类型有关,而且和法兰厚度本身以及封头在法兰上算厚度δf趋于同值时(即δf=δf)即为最合适的Lr的焊接位置有关,所以它和其它元件不同,在既定
2、载值。文[3]、[4]的主要思路无疑是可取的。荷和结构(例如封头在法兰上的焊入深度l)的条件事实上,对某些操作条件,在Lr时并不能得到tsts下,增加法兰厚度δf有时反会提高法兰的所受力δf=δf即最佳值,或者说取δf=δf时对Lr可能是无矩,从而使在某一既定工况下已满足强度校核的法解(尽管文[3]、[4]列出了Lr的解,但却是错误的),文兰变成不能满足强度校核。[3]、[4]既未指出这一现象的存在,更未对出现这一以前考核SW6-1998压力容器强度计算软件情况时提供该如何设计的方法,而一律笼统地都按最包时,仅注意了对管程压力Pt和壳程压力Ps两者
3、单佳设计、即所解出的Lr处置,从而导致出错。ts个工况的考核,疏忽了对于有可能经受两者工况时本文以Lr和δf、δf的关系为前提,将可能遇到的综合考核。以致用户提出了在既定焊入深度tsl的情的各种工况匹配,以Lr和δf、δf的关系通过计算作况下如分别按管程工况或壳程工况单独设计的法兰出线图,从而找出可能存在最佳设计(即是使所得ts厚度δf或δf并最终取二者的大值作为最终法兰厚度法兰厚度在二种工况下都处于满强度的设计)时的[δf]时,按此最终厚度返回校核其中的某一工况,出设计方法,以及不存在最佳设计时的最经济(即是现了不再合格的情况。使所得法兰厚度在一
4、种工况下达满强度、另一种工对此,SW6-1998的主要技术负责人,多次对况下未达满强度的设计)的设计方法。软件作出修改并发表文章[1][2],指明问题所在以及ts2建立Lr和δf、δf之间的关系解决此问题的途径并作出尽可能比较经济合理的设文[1]、[2]以建立封头在法兰上的焊入深度计。GB150法兰章的编写者更提出了合理设计的方l和按管程、壳程压力设计的法兰厚度δtsf、δf之间的[3][4]法(文[3]、[4]实为同一内容),并用实例表明,t关系,文[3]、[4]以力臂Lr和管、壳程侧总力矩Mo、该法的浮头法兰厚度仅约为SW6软件计算厚度的sMo
5、之间的关系作为切入点,但要注意的是,浮头法[3]1/2,体现了合理设计的价值,并也已编成软件。兰的最大组合应力是由压力和力矩两者共同引起由于文[1]、[2]是从基本固定封头的焊入深度l的,即:出发,所以随着设计工况的改变、法兰厚度δf的增加22PDi4Ri-DiMoDo+Dit而导致力臂Lr也相应改变,反过来又改变了法兰的σf=+2≤[σ]f(1)4δfDo-DtδfDiDo-Dt受载条件。因此,尽管想尽了各种方法,充其量也只能式(1)中的σf因是薄膜应力和弯曲应力的叠加,所作出比较经济合理的选择,对于某些能求出最佳力臂以除按惯例对压力P应取绝对值
6、外,对力矩Mo也应取Lr和最佳法兰厚度δf的操作条件,难以得到最合理2005年第1期·47·绝对值。而力矩Mo除和操作条件、结构尺寸有关外,更一现象,见图1(g),现Pt=2Ps,如取Pt为更大的ts随力臂Lr的增长而变化,不论是管程或壳程工况,都是值,即可能得不到交点],δf=f1(Lr)和δf=f2(Lr)ts由Lr=0的逐步增加而使力矩
7、Mo
8、或
9、Mo
10、先降二者间并无交点,见图1(c),即不存在最佳设计。但t后升,其结果使与之相应的法兰厚度δf也是随Lr=0的是从工程出发,此时可取Lr=Lr值,并对应地取δf=tststts逐步增加而先降后升
11、,不论是δf或δf都是如此。δf=δf=δfmin值,该值对δf刚好为满强度,而对δf却为方便起见,以文[1]的算例中所采用的法兰直还有裕度,这一设计虽不是最佳,但却是在该既定条径和垫片性能为基础,可以算得在不同Pt、Ps的匹件下的最经济设计。ts配下,δf=f1(Lr)、δf=f2(Lr)的变化关系,见附(6)在PtnPs[其差值在和结构有关,但对一般ts图。其中δ,fo、δfo分别是在Lr=0时,在Pt或Ps作1常用结构,在Pt12、,如取Pt为更小的值,2ts(1)不论是δf或δf,都是随Lr由0的逐步增加而ts则可能得不到交点],δf=f1(Lr)和
