（學(xué)習(xí)筆記，若有誤，請(qǐng)指正。另，本文僅討論長(zhǎng)高頸法蘭）

對(duì)于設(shè)備法蘭頸部小端厚度與對(duì)接筒體或接管不等厚的情況，在SW6的法蘭強(qiáng)度校核或計(jì)算中“頸部小端厚度g0”的取值似乎有些爭(zhēng)議。下面我們就來(lái)捋一捋。

第一種情況，若是標(biāo)準(zhǔn)的法蘭（即材質(zhì)、尺寸、墊片及緊固件選用等完全依照標(biāo)準(zhǔn)），g0就是法蘭標(biāo)準(zhǔn)（如NB/T47023）上的錐頸小端厚度δ1。即使需要按NB/T47020之6.5.1對(duì)法蘭直邊段進(jìn)行削薄，以及按6.5.2要求調(diào)整法蘭總高H后削薄直邊段，g0同樣是δ1。若將g0輸為筒體或接管厚度就有可能造成重復(fù)設(shè)計(jì)了。原因如下：

首先，這要從法蘭中的應(yīng)力分布特點(diǎn)說(shuō)起，對(duì)于帶頸或不帶頸整體法蘭、帶頸活套法蘭所需校核的三項(xiàng)應(yīng)力分別為：最大值可能出現(xiàn)于錐頸大端或小端的軸向彎曲應(yīng)力（通常在法蘭設(shè)計(jì)中起控制作用），法蘭環(huán)上的徑向彎曲應(yīng)力，法蘭環(huán)上的周向彎曲應(yīng)力。（參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]第8章，及文獻(xiàn)[2]）

控制錐頸處的最大彎曲應(yīng)力，可以通過(guò)調(diào)整錐頸大小端厚度，錐段長(zhǎng)度等實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)GB/T150.3之式7-16。

法蘭標(biāo)準(zhǔn)NB/T47023中的法蘭所允許的對(duì)接筒體最小厚度δ0小于錐頸小端厚度δ1，通常需要將法蘭直邊段（直邊段長(zhǎng)度H-h-δ）削?。ú糠窒鞅。﹣?lái)實(shí)現(xiàn)筒體與法蘭的對(duì)接。這個(gè)被削薄的直邊段同樣可視為一個(gè)錐段，為了與法蘭錐頸區(qū)分，叫它“錐段2”。

δ1就是錐段2的大端的厚度，錐段2的小端厚度也就是δ0。如GB/T150.3圖7-7所示，在δ1、δ0既定的情況下，可以通過(guò)調(diào)整錐段2的高度h’控制f≈1，使得錐段2小端的軸向彎曲應(yīng)力不大于錐段2的大端，即保證被削薄部分的應(yīng)力不大于錐段2大端處的軸向彎曲應(yīng)力。（見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]、[3]的分析）

所以說(shuō)，未經(jīng)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)上的直邊段長(zhǎng)度不可以縮短，但可以加長(zhǎng)。

其次，再來(lái)稍微討論一下這個(gè)系數(shù)f，f的定義是法蘭頸部小端應(yīng)力與大端應(yīng)力的比較。f>1表示最大值位于小端，f=1表最大值位于大端，若f<1，f取1。

計(jì)算表明，若f=1，即軸向彎曲應(yīng)力最大值σH位于錐頸大端，此時(shí)增加錐頸小端厚度，σH反而會(huì)變大。這可以從外載作用下的載荷分配原理來(lái)解釋，增加小端的厚度會(huì)增加錐段的剛度，其承載比例變大。（可參考文獻(xiàn)[4]的分析）

但錐頸上的這個(gè)軸向彎曲應(yīng)力由結(jié)構(gòu)不連續(xù)和變形協(xié)調(diào)引起，在由錐頸進(jìn)入直邊段及對(duì)接筒體之后開(kāi)始衰減，見(jiàn)文獻(xiàn)[5]的第七章，P239的法蘭應(yīng)力圖譜，需要注意的是該圖疊加了內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力。

所以，這個(gè)剛度增加導(dǎo)致承載比例增大，和局部應(yīng)力衰減需要綜合考慮。

第二種情況，采用NB/47020表6和表7所列之外的材料，如不銹鋼，參照NB47023的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行法蘭設(shè)計(jì)，這可以減少設(shè)計(jì)工作量，結(jié)構(gòu)尺寸靠近通用的標(biāo)準(zhǔn)法蘭，也能保證設(shè)計(jì)合理性。

現(xiàn)有一換熱器的管箱法蘭，想用不銹鋼材質(zhì)，將PN在設(shè)計(jì)壓力的基礎(chǔ)上往上跳兩檔在標(biāo)準(zhǔn)中選取，加大法蘭環(huán)厚度，其他尺寸不變， g0取標(biāo)準(zhǔn)中的δ1,強(qiáng)度計(jì)算就能通過(guò)。

若g0取筒體厚度δ0(該值小于δ1)，則相當(dāng)距錐頸大端h處的小端厚度為δ0，小于實(shí)際值，強(qiáng)度計(jì)算也是不通過(guò)的。若再加大法蘭環(huán)厚度，其他尺寸不變，g0取δ0，計(jì)算可以通過(guò)，此時(shí)可以直接將筒體接在錐頸小端，這相當(dāng)于H-h-δ白設(shè)了，同樣是重復(fù)設(shè)計(jì)了。

所以說(shuō)，若將錐頸看作一個(gè)直角梯形，法蘭錐頸大端厚度、小端厚度、錐頸長(zhǎng)度三者則分別為下底、上底和高。

第三種情況，如果僅按GB/T150.3的第7部分（即ASME VIII-1的MandatoryAppendix 2），進(jìn)行非標(biāo)法蘭設(shè)計(jì)。g0應(yīng)為法蘭小端厚度δ1和對(duì)接筒體或接管壁厚δ0的較小值，即g0=min(δ1,δ0)。

這點(diǎn)與前兩種情況不同。簡(jiǎn)單地說(shuō)，原因在于標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過(guò)計(jì)算（見(jiàn)文獻(xiàn)[3]）給出了滿足強(qiáng)度要求的直邊段長(zhǎng)度，而如果是自己設(shè)計(jì)的法蘭，直接將g0取為min(δ1, δ0)，可以免于考慮δ1和δ0 之間的過(guò)渡問(wèn)題。

通常來(lái)說(shuō)，法蘭小端厚度δ1都大于筒體壁厚δ0，因?yàn)槿绻附訒r(shí)削薄筒體，在筒體壁厚余量不多的情況下，容易出現(xiàn)筒體被削弱的部分強(qiáng)度不足。對(duì)于這種δ1>δ0的情況，g0取δ0，筒體可以直接與錐頸小端連接，若要設(shè)直邊段，只需保證直邊段厚度不小于δ0即可，直邊段無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

需要指出的是，標(biāo)準(zhǔn)中要求直邊段≥1.5δ0（見(jiàn)GB/T150.3圖7-1）并不是從強(qiáng)度出發(fā)。

與GB/T150語(yǔ)焉不詳，讓大家猜不同，ASME VIII-1 MandatoryAppendix 2的2-3 NOTATION直接指出：

第四，需要特別注意的是，法蘭頸部厚度（直邊段厚度）應(yīng)滿足內(nèi)壓作用下的強(qiáng)度要求，尤其是法蘭的許用應(yīng)力低于對(duì)接筒體或接管的許用應(yīng)力的情況。上述Appendix 2在2-1 SCOPE中特別強(qiáng)調(diào)了這點(diǎn)，上面寫(xiě)道：The hub thickness of weld neck flangesdesigned to this Appendix shall also comply with the minimum thicknessrequirements in Subsection A of this Division.GB/T150沒(méi)有像ASME那樣特別指出這點(diǎn)，容易被大家忽視。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁伯民.ASME VIII壓力容器規(guī)范分析.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014

[2] 桑如苞.壓力容器法蘭設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題,化工設(shè)備設(shè)計(jì),1987,(2)

[3] 桑如苞.關(guān)于壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)若干問(wèn)題的建議,化工設(shè)備設(shè)計(jì),1997,34

[4] 桑如苞.壓力容器法蘭的合理設(shè)計(jì)原理與方法,化工設(shè)備設(shè)計(jì),1987,(2)

[5] 謝鐵軍,等.壓力容器應(yīng)力分布圖譜.北京:北京科學(xué)技術(shù)出版社,1994