法兰和接头衬垫环形法兰连接的设计规则计算方法.docx
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1、 目录 页码 前言.31 范围.1.1 常规1.2 计算方法的使用要求1.3 有效性2 引用标准3 注释3.1 图形使用3.2 注脚和特殊符号3.3 符号3.4 术语4 计算参数4.1 法兰参数4.2 螺栓参数4.3 衬垫参数5 内力5.1 外加负载5.2 连接的规格5.3 垫圈所需的最小力5.4 内力装配的要求5.5 后继内力的要求6 负荷比例的检查6.1 常规6.2 螺栓6.3 衬垫6.4 法兰和项圈的整体6.5 管口法兰6.6 环状活动法兰附录A 限制垫圈压力不均匀的要求附录B 螺栓公制尺寸标准附录C 螺栓装卸的方法附录D 装配使用的扭矩扳手附录E 法兰旋转E.1 常规E.2 法兰旋转的
2、使用E.3 法兰旋转的计算附录F 序列图的计算附录G 法兰接头的固定间隔G.1 介绍G.2 垫圈固定间隔的运行情况G.3 简化处理附录H 使用前的蠕变因数 gC附录ZA 本欧洲标准和欧盟指令97/23/EC的基本要求之间的关系参考书目前言本文档(EN 1591-1:2001 + A1:2009)是由DIN举行的CEN / TC 74“法兰和接头”秘书处准备的。本欧洲标准应给予国家标准的地位,最迟在2009年9月,出版相同的文本或通过背书,和此相冲突的国家标准应当最迟于2009年9月撤回。本文档包括修订1,有CEN批准于2009-20-07.这份文件将取代EN 1591-1:2001.通过文本标
3、签a、b的修改来显示文本出台或改变的开始和结束。本欧洲标准是欧洲委员会和欧洲自由贸易联盟已经准备下达给CEN的任务。本欧洲标准呗认为是作为支持其他应用和产品在自己支持的新方法指令的基本安全要求的标准,并作为她们规范性参考标准出现。与欧盟指令(S)的关系,参看附录ZA,这是本标准不可分离的一个部分。EN1591包括两部分:EN 1591-1 法兰和它们的连接-圆形法兰衬垫连接的设计规则-第1部分:计算方法。EN 1591-2法兰和它们的连接-圆形法兰衬垫连接的设计规则-第2部分:衬垫参数。计算方法满足密封性和强度标准。法兰-螺栓-垫片系统被认为是完整的表现。应考虑的参数不仅包括基本的诸如: 液体
4、压力法兰、螺栓、垫圈的材料强度值垫圈的压缩因数标称的螺栓载荷也包括:螺栓可能产生的分散由于所有连接部件的变形所引起的垫圈应力的改变壳或管道连接的影响外部轴向力和弯矩的影响螺栓和法兰盘的温差影响密封性能的计算是基于所有法兰连接的部件的负载/变形之间的塑性分析,由一个可能的衬垫材料的塑性行为纠正。机械阻力的计算是基于(塑料)法兰壳组合的极限分析,内部和外部的负载都要考虑。负载条件下,包括最初的装配,水压试验,所有显著的后续经营状况。计算步骤大致如下:1)首先,确定所需的最小初始螺栓载荷(达到锚),在随后的任何指定的负载条件下,垫片的残余力量绝不会比垫片所需的最低平均值低(例如,来自!EN 1591
5、-2“的垫圈值)密封的数据。,此负载的决定是迭代的,因为它取决于有效的垫片的宽度,这本身取决于最初的螺栓载荷。2)然后,内力结果从选择的初始螺栓载荷公式为所有的载入条件,并结合现场勘查的内部和外部力量检查如下:螺栓连接的条件:对螺栓进行最大应力的检查是依靠螺栓连接产生的。测试和运行条:执行检查是以最低限度的必要力量为依据,以确保连接将能够发展这些最小力量而远离屈服的风险,除了高度局部地区。较高的实际初步连接(有限)在随后的条件下影响塑性变形(测试,操作)。但是,检查保证这些变形不会减少螺栓应力低于所需的最低值。如果有必要,可以在所有负载条件下估计法兰圈,利用附录E和可获得性,与可以申请的有关垫
6、圈限制相比较。检查所允许的载荷意味着安全因子,即那些用于材料屈服强度或在确定强度设计中使用的标称应力计算方法。注解 在法兰用于符合其他规范的计算方法时没有指定名义应力值。然而,因为所有重要的设计参数的原因,使用低安全系数是特殊用于的名义设计应力。装配条件的名义设计应力与水压试验(通常高于操作条件)有相同的价值观;螺栓的名义设计应力是由同样的规则相关的法兰和外壳材质相同的安全因素如屈服应力决定的。所需的最小力量用于垫圈密封可以考虑建立两个过不同的方式:1)使用表格垫片因素,例如在EN 1591-2“,这是基于产业界的丰富经验和相对应的主要气体和蒸汽泄漏率。2)如果对垫圈有用,可以从测得的泄漏率推
7、导垫圈的应力数据,例如!EN 1591-2“中所述。这允许设计基于任何指定的最大泄漏率。在监测接头螺栓连接载荷时使用这种计算方法特别有用。使用这个计算方法,螺栓精度越大,得到的好处就越多。在目前的发展阶段,该计算方法并不使用于狭窄的金属对金属接触的连接关节(不包括固定间隔的法兰连接(见附录G),或垫圈刚度和宽度明显变化的关节。附录F中给出的图表说明计算过程。通过在本标准中所述的过程计算负载,应适用于垫片,以达到所要求的密封性的最低螺栓载荷。在法兰/螺栓/垫圈可接受负载比率内增加螺栓载荷,降低泄漏率,并产生一个保守的设计。设计师可以选择一个螺栓载荷在达到紧密性和负载有限负载率之间的载荷。这个新的
8、EN 1591-1:2001版的出版的目的是保持与EN 1591-2:2008标准相符合。垫片数据的计算方法和解释是联合工作组CEN/TC54/TC69/TC74/TC267/TC269/JWG的工作主题。因此,本刊物是暂时的,将在适当时候进行更新。EN 1591-1是基于达到选定的泄漏率的原则。但是,那里是没有泄漏的限制要求,以下是两个修改建议。在方程(49)里,垫圈表面压力QA可以由Q0,min取代,根据EN 13445 -3:2002,附件G。在方程(50)里,垫圈的表面压力Qsmin(L)I可以由QI,min = m |P|取代,根据EN 13445 -3:2002,附件G。根据CEN
9、 / CENELEC的的内部规定,以下国家的国家标准组织必须执行本欧洲标准:奥地利,比利时,保加利亚,塞浦路斯,捷克共和国,丹麦,爱沙尼亚,芬兰,法国,德国,希腊,匈牙利,冰岛,爱尔兰,意大利,拉脱维亚,立陶宛,卢森堡,马耳他,荷兰,挪威,波兰,葡萄牙,罗马尼亚,斯洛伐克,斯洛文尼亚,西班牙,瑞典,瑞士和英国。1 范围1.1常规本欧洲标准定义了一个螺栓,垫片,圆形法兰接头的计算方法。其目的是为了确保结构的完整性和密封性控制。下列公式使用的定义和测试方法是EN 13555规定的垫片参数。“1.2计算方法的使用要求在允许的地方,例如设计验证,本计算方法可以和其他方法交替使用。特殊测试实践证明在条件
10、允许下使用标准法兰1.3 有效性1.3.1 几何学计算方法适用于的配置有:给出了其部分或可能与图表4 12所给出的相似的法兰。四个或更多相同均匀分布的螺栓。部分和配置在加载后可以被图3中给出的其中一个屈服的垫圈。符合下列尺寸的法兰:注释 说明符号见第三条注释 bF/eF 5,0的条件不必满足与内圈相结合的活套法兰。注释 条件是为限制由于螺栓间隔而导致的垫圈受力不均匀。值0,01和0、10是用于软(非金属)和硬式(金属)垫圈)。附录A给出了一个更精确的标准。注释 公差和腐蚀大小的影响也需要给予关注,,参考应考虑在其他规范下进行了计算,例如EN 13445和EN 13480给出的数值、下列配置不在
11、该计算方法范围内本质上非轴对称的法兰,如分裂松散法兰,网格钢筋法兰;连接有直接或间接的金属对金属接触的内法兰和/或外部的垫圈、内部和/或外部螺栓圆,除了附录G中所包括的固定间隔法兰的特殊情况。1.3.2 材料在这种计算方法是不指定的名义设计的应力值。他们依赖于其他应用,例如,这些值是在EN 13445和EN 13480中的代码。螺栓的设计应力是由法兰和外壳决定的。垫圈的模型是以塑料纠正弹性行为为蓝本的。过于保守,(即需要螺栓连接负载过高,流体允许的压力过低,需要法兰厚度过大,等等),因为它没有考虑到着红性质。1.3.3 负载这种计算方法适用于以下的负载类型:流体压力:内部或外部;外部载荷:轴向
12、力和弯矩;轴向扩张的法兰,螺栓和垫圈,特别是由于热效应。1.3.4 力学模型这种计算方法是基于以下力学模型:a) 法兰和垫圈在几何学上都是轴对称,由于数量有限的螺栓而达到晓得误差是允许的。但应用到分裂活套法兰或椭圆法兰是不允许的。b) 法兰环横截面(径向切开)任然为变形。只有圆周应力和拉紧这个环来处理;径向和轴向应力和拉紧力被忽略。前提是符合条件1.3.1 a)。c) 法兰环连接到一个圆柱壳。锥形枢纽被视为相当于圆柱壳壁厚计算,这是不同的弹性和塑性行为,但总是在实际的最小和最大厚度之间。锥形和球形外壳被视为具有相同壁厚的壳体,与圆柱壳相当;与圆柱壳的差异,应在计算公式明确地考虑。这个前提需遵守
13、1.3.1 c)。在连接法兰环和壳体,径向位移和旋转的连续性在计算中未说明。d) 垫片与法兰接触的面有个环形区域(计算)。有效的垫片宽度(径向)BGE可能小于垫片的真实宽度。这有效宽度BGE装配的条件(I = 0时)计算,并假定要为所有后续的负载条件下(I = 1,2不变.). BGE计算包括两个弹性旋转法兰以及垫圈在装配条件(约)的弹性和塑性变形。e) 垫圈的弹性模量,可能会增加垫片的压缩应力q。弹性模量卸荷弹塑性割线模量在100和33之间的几个垫片的压力水平测量。该计算方法在装配条件使用最高压力(Q)。f)垫圈的蠕变在压缩下近似于蠕变因数PQR。g)法兰、螺栓和垫圈的由于热和机械引起的轴向
14、变形用应考虑。h)法兰接头的载荷是轴对称的。任何非轴对称弯矩可以由具有同等作用的轴向力代替,这是根据式(44)轴对称取代的。i)螺栓和垫圈受力之间的负载的载荷变化引起的内部变化。这些计算与考虑所有元件的弹性变形。为确保密封性,所需的初始装配力的计算方法(见5.4),以确保垫片所需的力量,在所有条件下实现的(见5.3和5.5)。j)负载限制的验证是基于每个组件的极限载荷。这种方法可以防止过度变形。垫圈的使用限制依靠于Qmax只是哥近似值。这个模型不采取一下:K)螺栓弯曲刚度和弯曲强度。这是一个保守的简化。然而,螺栓的抗拉刚度包括:(约)内螺纹部分接触变形与螺母或螺纹孔(见式(34)。l)法兰和螺
15、栓的蠕变。m)垫圈的不同径向变形(这样简化对相同的法兰没有影响)。n)疲劳验证(通常没有考虑到这样的守则)。o)外部的扭矩和外部剪切载荷等,这些归结于管道工程。2 引用标准以下是申请这份文件不可或缺的参考文件。凡是注日期的引用文件,仅引用的版本适用。凡是不注日期的引用文件,最新版本的参考文件(包括任何修订)适用。EN 1092-1:2007,法兰和其连接圆形法兰、管道、阀门,配件和附件PN指定第1部分:钢法兰盘。EN 1092-1:2007,法兰和其连接圆形法兰、管道、阀门,配件和附件PN指定第2部分:铸铁法兰盘。EN 1092-1:2007,法兰和其连接圆形法兰、管道、阀门,配件和附件PN指
16、定第3部分:铜合金法兰盘。EN 1092-1:2007,法兰和其连接圆形法兰、管道、阀门,配件和附件PN指定第4部分:铝合金法兰盘。删除的文字EN 13555:2004,法兰和接头 - 垫片参数和衬垫的圆形法兰连接的设计规则相关的测试程序3 注释3.1 图表的使用图1至图12说明了相应的几何参数的符号。他们只显示的原则,而不是为了实际的设计。他们不说明对所有可能的法兰类型该计算方法都是有效的。对于标准的法兰类型,根据EN1092,一下是相关图表:类型01 图表8类型02 图表10类型04 图表10类型05 图表9类型07 图表10类型11 图表4类型12 图表11类型13 图表12 类型21
17、图表4到73.2 注脚和特殊符号3.2.1 注脚A附加的(FA, MA))B螺栓C垫圈的蠕变(gc)D-等效圆筒(锥形轮毂+连接壳)极限载荷计算E-等效圆筒(锥形轮毂+连接壳)弹性计算F法兰G垫圈H中心I负载条件标识符(以值0,1,2 . .)L活套法兰M瞬间P压力Q压力引起的净轴向力R外加载荷引起的净轴向力S外壳,剪切T外壳,修改X弱断面改变或差异的象征实际 计算中要考虑的实际尺寸av平均c计算d设计e有效性max最大值min最小值nom名义opt最佳ref- EN 13555:2004, 7.4里的参考大小rep要求s-非螺纹部分的螺栓t理论、扭矩、螺纹o初始螺栓条件(I = 0时,看到标
18、I)3.2.2 特殊符号 -法兰参数的符号,是指从第一个联合的第二个法兰,可能是不同的重音放在上面3.3 符号单位在适用时都显示在括号里。单位不适用时,没有迹象表明。AB 所有螺栓的有效中截面积平方毫米,方程(33)AF, AL 总值径向截面面积(包括螺栓孔)法兰环松套法兰平方毫米,方程(5),(7),(8)AGe, AGt 垫片面积,有效,理论MM2,方程(39),(36)C 螺栓的载荷比系数,方程(71)EB, EF, EG, EL 注脚部分的弹性模量,温度部分MPaFA 额外的外部轴向力N,拉力 0,压缩力 0,外部压力0(1巴= 0,1兆帕)注释 在本标准中的P是等于允许的最大压力PS
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- 法兰 接头 衬垫 环形 连接 设计 规则 计算方法
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