以下文章來源于壓力容器 有感而發(fā) ，作者壓力容器 有感而發(fā)

      《壓力容器設(shè)計工程師培訓教材》12.8節(jié)基于法蘭強度計算的原理給出了法蘭連接合理設(shè)計的三個關(guān)鍵，如下圖1所示，12.7.3節(jié)基于法蘭剛度計算的原理說明“當J>1時，應(yīng)增加法蘭厚度δf或錐頸小端厚度δ0，直至J≤1 ?！?下面給出一種在法蘭中運用這幾個關(guān)建點的方法：

圖1

    非標法蘭設(shè)計前先要確定幾個設(shè)計參數(shù)：

1. 設(shè)計載荷，如設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、法蘭的外載荷（軸向力或彎矩）;

2. 墊片系數(shù)m 、墊片比壓力y，設(shè)計條件圖一般會規(guī)定墊片材料，按墊片材料查標準即可確定m和y 。SW6包含了常用墊片的參數(shù)，設(shè)計時選對應(yīng)材料即可;

3. 螺柱許用應(yīng)力， SW6包含了常用 螺柱材料的許用應(yīng)力 ，設(shè)計時選對應(yīng)材料即可;

4. 與法蘭焊接的筒體內(nèi)徑Di及厚度δ0 ，δ0由筒體計算得到。

   初定法蘭尺寸

    法蘭計算過程復(fù)雜，而且計算過程中有系數(shù)是查圖表而得，非標法蘭的合理尺寸不能通過一步到位的計算得到，需要試算、調(diào)整直至達到設(shè)計目標。非標法蘭多為環(huán)形鍛件機械加工而來，法蘭內(nèi)徑取決于與之焊接的筒體厚度 內(nèi)徑Di及厚度δ0 ，法蘭總高H越小、法蘭外徑D越小，采購成本越低，即為合理的設(shè)計；另外，法蘭環(huán)厚度δf與錐頸高度h相差不宜過大，一般δf/h在0.6~1.5，接近1.0更好 。

圖2

       不帶頸的非標法蘭相對簡單，下面以帶頸對焊非標設(shè)備法蘭為例詳細說明 ，錐頸小端可以沒有直邊段，如圖2所示。試算時設(shè)備法蘭初定尺寸可以按下述方法：

1. 錐頸小端厚度取對接筒體厚度δ0

2. 錐頸 大端厚度δ1取2*δ0，公稱直徑小于800mm的設(shè)備法蘭可以增大到3*δ0，計算后根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整

    計算了NB/T47023法蘭頸部端厚度δ2（相當于圖2中的δ1）與對接筒體最小厚度δ0的比值如下表所示，DN≤800mm的設(shè)備法蘭δ2:δ0的比值多數(shù)在2.5~3.7之間，其余設(shè)備法蘭δ2:δ0的比值多數(shù)在1.8~2.2之間。

PN	DN	δ2	δ0	δ2:δ0
0.6	DN 1300	26	12	2.2:1
0.6	DN 1400	26	12	2.2:1
0.6	DN 1500	26	12	2.2:1
0.6	DN 1600	26	12	2.2:1
0.6	DN 1700	26	12	2.2:1
0.6	DN 1800	26	14	1.9:1
0.6	DN 1900	26	14	1.9:1
0.6	DN 2000	26	14	1.9:1
0.6	DN 2100	28	16	1.8:1
0.6	DN 2200	28	16	1.8:1
0.6	DN 2300	30	18	1.7:1
0.6	DN 2400	30	18	1.7:1
0.6	DN 2500	32	20	1.6:1
0.6	DN 2600	32	20	1.6:1
1	DN 300	22	4	5.5:1
1	DN 350	22	4	5.5:1
1	DN 400	22	4	5.5:1
1	DN 450	22	6	3.7:1
1	DN 500	22	6	3.7:1
1	DN 550	22	6	3.7:1
1	DN 600	22	6	3.7:1
1	DN 650	22	8	2.8:1
1	DN 700	22	8	2.8:1
1	DN 800	22	8	2.8:1
1	DN 900	22	10	2.2:1
1	DN 1000	22	10	2.2:1
1	DN 1100	26	12	2.2:1
1	DN 1200	26	12	2.2:1
1	DN 1300	26	12	2.2:1
1	DN 1400	26	12	2.2:1
1	DN 1500	26	12	2.2:1
1	DN 1600	26	12	2.2:1
1	DN 1700	26	12	2.2:1
1	DN 1800	26	14	1.9:1
1	DN 1900	32	16	2:1
1	DN 2000	32	16	2:1
1	DN 2100	32	16	2:1
1	DN 2200	32	16	2:1
1	DN 2300	34	18	1.9:1
1	DN 2400	34	18	1.9:1
1	DN 2500	36	20	1.8:1
1	DN 2600	36	20	1.8:1
1.6	DN 300	22	6	3.7:1
1.6	DN 350	22	6	3.7:1
1.6	DN 400	22	6	3.7:1
1.6	DN 450	22	8	2.8:1
1.6	DN 500	22	8	2.8:1
1.6	DN 550	22	8	2.8:1
1.6	DN 600	22	10	2.2:1
1.6	DN 650	22	10	2.2:1
1.6	DN 700	26	10	2.6:1
1.6	DN 800	26	12	2.2:1
1.6	DN 900	26	12	2.2:1
1.6	DN 1000	26	12	2.2:1
1.6	DN 1100	26	14	1.9:1
1.6	DN 1200	26	14	1.9:1
1.6	DN 1300	26	14	1.9:1
1.6	DN 1400	26	14	1.9:1
1.6	DN 1500	32	16	2:1
1.6	DN 1600	32	16	2:1
1.6	DN 1700	32	18	1.8:1
1.6	DN 1800	32	18	1.8:1
1.6	DN 1900	36	20	1.8:1
1.6	DN 2000	36	20	1.8:1
1.6	DN 2100	38	22	1.7:1
1.6	DN 2200	38	22	1.7:1
1.6	DN 2300	38	22	1.7:1
1.6	DN 2400	40	24	1.7:1
1.6	DN 2500	40	24	1.7:1
1.6	DN 2600	40	24	1.7:1
2.5	DN 300	22	6	3.7:1
2.5	DN 350	22	6	3.7:1
2.5	DN 400	22	8	2.8:1
2.5	DN 450	22	8	2.8:1
2.5	DN 500	26	10	2.6:1
2.5	DN 550	26	10	2.6:1
2.5	DN 600	26	10	2.6:1
2.5	DN 650	26	10	2.6:1
2.5	DN 700	26	10	2.6:1
2.5	DN 800	26	12	2.2:1
2.5	DN 900	32	12	2.7:1
2.5	DN 1000	32	14	2.3:1
2.5	DN 1100	32	14	2.3:1
2.5	DN 1200	32	14	2.3:1
2.5	DN 1300	32	16	2:1
2.5	DN 1400	32	16	2:1
2.5	DN 1500	36	18	2:1
2.5	DN 1600	36	20	1.8:1
2.5	DN 1700	42	20	2.1:1
2.5	DN 1800	42	22	1.9:1
2.5	DN 1900	42	24	1.8:1
2.5	DN 2000	42	24	1.8:1
2.5	DN 2100	48	26	1.8:1
2.5	DN 2200	48	26	1.8:1
2.5	DN 2300	48	26	1.8:1
2.5	DN 2400	50	28	1.8:1
2.5	DN 2500	50	28	1.8:1
2.5	DN 2600	50	28	1.8:1
4	DN 300	26	8	3.3:1
4	DN 350	26	8	3.3:1
4	DN 400	26	12	2.2:1
4	DN 450	26	12	2.2:1
4	DN 500	26	12	2.2:1
4	DN 550	26	12	2.2:1
4	DN 600	26	12	2.2:1
4	DN 650	32	14	2.3:1
4	DN 700	32	14	2.3:1
4	DN 800	32	16	2:1
4	DN 900	36	16	2.3:1
4	DN 1000	36	18	2:1
4	DN 1100	42	20	2.1:1
4	DN 1200	42	22	1.9:1
4	DN 1300	42	22	1.9:1
4	DN 1400	42	22	1.9:1
4	DN 1500	42	22	1.9:1
4	DN 1600	42	22	1.9:1
4	DN 1700	48	26	1.8:1
4	DN 1800	48	26	1.8:1
4	DN 1900	50	28	1.8:1
4	DN 2000	50	28	1.8:1
6.4	DN 300	26	8	3.3:1
6.4	DN 350	26	8	3.3:1
6.4	DN 400	26	12	2.2:1
6.4	DN 450	32	12	2.7:1
6.4	DN 500	32	12	2.7:1
6.4	DN 550	32	12	2.7:1
6.4	DN 600	36	14	2.6:1
6.4	DN 650	36	16	2.3:1
6.4	DN 700	42	18	2.3:1
6.4	DN 800	42	18	2.3:1
6.4	DN 900	48	22	2.2:1
6.4	DN 1000	50	24	2.1:1
6.4	DN 1100	52	26	2:1
6.4	DN 1200	52	28	1.9:1

3. 錐頸高度h ,初定3*（δ1-δ0），根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整；

   計算了部分 NB/T47023法蘭錐頸斜度，得到的結(jié)果分布范圍較大，1:2.5 ~1:5 , GB/T150.3中圖7-1d)不帶直邊段的帶頸對焊法蘭需要滿足斜度不大于1:3，且h≥1.5*δ0 。后續(xù)調(diào)整時兼顧δf/h在0.6~1.5。

   PN	DN	δ2	δ1	h	錐頸斜度
   1	DN 300	22	12	25	1:2.5
   1	DN 350	22	12	25	1:2.5
   1	DN 400	22	12	25	1:2.5
   1	DN 450	22	12	25	1:2.5
   1	DN 500	22	12	25	1:2.5
   1	DN 550	22	12	25	1:2.5
   1	DN 600	22	12	25	1:2.5
   1	DN 650	22	12	25	1:2.5
   1	DN 700	22	12	25	1:2.5
   1	DN 800	22	12	25	1:2.5
   1	DN 900	22	12	25	1:2.5
   1	DN 1000	22	12	25	1:2.5
   1	DN 1100	26	16	35	1:3.5
   1	DN 1200	26	16	35	1:3.5
   1	DN 1300	26	16	35	1:3.5
   1	DN 1400	26	16	40	1:4
   1	DN 1500	26	16	40	1:4
   1	DN 1600	26	16	40	1:4
   1	DN 1700	26	18	40	1:5
   1	DN 1800	26	18	40	1:5
   1	DN 1900	32	20	40	1:3.3
   1	DN 2000	32	20	40	1:3.3
   1	DN 2100	32	20	50	1:4.2
   1	DN 2200	32	20	50	1:4.2
   1	DN 2300	34	22	50	1:4.2
   1	DN 2400	34	22	50	1:4.2
   1	DN 2500	36	24	50	1:4.2
   1	DN 2600	36	24	50	1:4.2

4. 螺栓數(shù)量n和直徑dB參照壓力級按低一級的標準設(shè)備法蘭或管法蘭，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整；

1. 計算結(jié)果如果沒有提示螺栓截面積不足， 減少 螺栓直徑重新計算，直到計算結(jié)果提示螺栓截面積 不足 ；

2. 計算結(jié)果提示螺栓截面積不足后， 增加 螺栓數(shù)量重新計算，直到 不再提示 螺栓截面積不足；

3. 螺栓數(shù)量增加到提示“螺栓間距小于螺栓最小允許間距”時，應(yīng)增大螺栓直徑計算結(jié)果重新計算；

1. 計算結(jié)果如果沒有提示螺栓截面積不足，則減少螺栓數(shù)量重新計算，直到 提示 螺栓截面積不足，再增加到 剛好 能計算通過的螺栓數(shù)量即可；

2. 計算結(jié)果如果提示螺栓截面積不足， 回到ii繼續(xù)調(diào)整。

4. 上述調(diào)整過程結(jié)合下面e中確定的螺栓中心圓直徑，能保證盡可能少的螺栓截面積，盡可能小的螺栓中心圓直徑，從而獲得盡可能小的法蘭力矩。

5. 螺栓圓直徑D1、法蘭外徑D

       按國標設(shè)計的非標法蘭，LA和Le最小值應(yīng)符合GB/T150.3中表7-3的規(guī)定，如圖3所示。D1=Di+2*δ1+2*LA，D=D1+2*Le 。D1和D可以適當?shù)南蛏蠄A整，一般圓整成5或0結(jié)尾的整數(shù)。

   

   圖3

       按ASME標準設(shè)計的非標法蘭， RA 和E最小值應(yīng)符合TEMA 中SECTION 9 TABLE D-5 (見圖4)或 TABLE D-5M(見圖5)的規(guī)定。D1=Di+2*δ1+2*RA ，D=D1+2*E 。D1和D可以適當?shù)南蛏蠄A整，一般圓整成5或0結(jié)尾的整數(shù)。

   

   圖4

   

   圖5

6. 密封面外徑，滿足結(jié)構(gòu)制造需要的前提下，墊片寬度不變時，密封面外徑越大螺栓肩越小，法蘭力矩也隨之越小。

       螺栓公稱直徑為dB，圖2所示的凹面法蘭，D3=D1-6*2-dB-3，D2=D3-10，D3、D2可以適當向下圓整。

       與凹面法蘭配對的凸面法蘭，如圖6所示，D4=D3-3；

   

   圖6

       RF面法蘭密封面的直徑D5取消決于墊片的制造，RF面法蘭纏繞墊需要帶外環(huán)（對中環(huán)）， 外環(huán)（對中環(huán)） 寬度w一般不小于10mm，大直徑的纏繞墊 外環(huán)（對中環(huán)） 最小寬度w 需要與墊片廠家確認。波齒墊、非金屬墊片沒有外環(huán)，可取w=10 . D5=D1-dB-2*w+3

7. 墊片外徑dgo、凹凸面密封的法蘭dgo=D3-1 ,墊片外徑比凹面內(nèi)徑小1mm ; RF面密封的法蘭dgo=D1-dB-2*w , 墊片外徑比RF面外徑小3mm .

8. 墊片內(nèi)徑dgi 

   墊片外徑 dgo 確定后，由墊片寬度wg可得墊片內(nèi)徑 dgo。 墊片寬度wg可以參照相近壓力級相近直徑的標準墊片， 計算了NB/T47025纏繞墊的墊片寬度 wg ，公稱直徑大于1000mm的法蘭墊片寬度均為25mm， 公稱直徑小于1000mm 的 法蘭墊片寬度16-25mm，規(guī)律是相同壓力級的法蘭墊片直徑大的墊片寬度大， 規(guī)律是相同直徑的法蘭墊片壓力級高的墊片寬度大。 dgi= dgo-2*wg

9. 法蘭厚度 δf可以不輸入，由軟件計算得出厚度，再根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整,調(diào)整時兼顧δf/h在0.6~1.5

法蘭尺寸的調(diào)整

    《壓力容器設(shè)計工程師培訓教材》12.10節(jié)結(jié)出了法蘭尺寸的調(diào)整方法，如圖7所示。    

圖7

    f→1并不表示f約為1，計算了部分 NB/T47023法蘭f值，且計算了錐頸延長到對接筒體厚度δ0的f值，如下表所示，下表中δ2相當于圖2、圖6中的δ1。PN1.0標準設(shè)備法蘭f值約為1.2~2.1 ，延長到對接筒體厚度后f值在1.4~3.0的范圍內(nèi)。

    非標法蘭設(shè)計時f在1.6左右比較好，如f超過3.0建議調(diào)整，此時可以增加錐頸高度h兼顧δf/h在0.6~1.5、減少頸部大端厚度δ1，也可以增加頸部小端厚度δ0同時加厚對接筒體厚度。

    SW6計算時法蘭環(huán)厚度δt可以不輸入，PV Elite 計算時按軟件提示輸入法蘭環(huán)厚度δt，略大于軟件計算的厚度即可，兼顧δf/h在0.6~1.5。

    當J>1時，應(yīng)增加法蘭厚度δf或錐頸小端厚度δ0，直至J≤1 。