设备法兰的调整技巧

                                                                                                    设备法兰的设计
法兰目前的设计主流方法是Taylor-Waters法，在设计长颈对焊法兰过程中，往往因为参数多，新手往往调整起来困难。调整后出图，经过校审时，往往又被改的面目全非。
那么设备法兰应该如何调整，能够做到既安全又经济，还冗余性好。
安全性：就是至少能够通过计算。
经济性：通过计算的基础上，最便宜。
冗余性：在实际使用中，遇到各种稍微超压，超温，管道载荷等各种情况下，还能够安全使用。
法兰的经济性

法兰的成本是由什么决定的呢？
对颈部对焊法兰一般是由长颈法兰锻件为毛坯，再通过机加工制造出来的。



所以法兰的成本大致为A: 锻件毛坯B: 加工费等其它费用。

锻件毛坯的基本决定了法兰的成本。而毛坯由法兰盘直径和厚度以及大端厚度和锥颈部高度。
所以计算要控制的就是让这4个参数获得的材料最省。

标准设备法兰
在国标设计中，如果法兰完全符合NB/T 47023，包括法兰的材料，温度-压力表，腐蚀裕量，对接的筒体厚度，匹配的垫片型式材料和螺柱螺母材料等等，按照GB150.3，可以免除计算。



当做非标的法兰设计时，为了迅速获得大致合适的设计方案，往往会要参考标准法兰NB/T 47023，利用标准法兰的数据再稍微调整，以获得最终的法兰数据。
输入数据到软件中，经常有一些容易出错的地方。
1.小端厚度应该输入筒体和法兰小端的较小值。详情解析见：法兰小端厚度应该如何取值（续）
2.SW6的输入是没有考虑腐蚀裕量的，需要扣除腐蚀裕量，修改的内容有法兰内径，大端小端厚度。
3.SW6中，遇到带分程隔板的换热器，分程隔板处的面积是被压紧宽度*压紧长度。
特别是第一点，由于筒体比较薄，输入小端厚度时经常要做一些法兰修改。而且往往是因为小端太薄，导致很多应力或者刚度通不过。
很多朋友就会有疑问：
为什么标准设备法兰需要修改，为什么标准法兰算不过，是不是输入的理解有问题？
一般来说既然需要按照GB150.3或者ASME VIII I计算，那么就完全按照规范的方法来设计，没有必要纠结标准法兰尺寸能不能修改的问题。
毕竟管法兰也不用算，如果要计算，很多低压力等级的也算不过。

标准设备法兰尺寸
标准设备法兰是我们国家的一项创新，避免了很多五花八门的非标法兰设计，让设计人员能够较为顺利的设计出较为合理的法兰尺寸。
但是世界上真有标准设备法兰吗？
什么是标准件呢？
比如标准的螺栓螺母接管，弯头，三通，SO法兰等等，知道了材料型号，到市场上很容易买到现货。那么设备法兰能否再市场上买到现成的呢？
可以说，基本不可能。
所有的设备法兰都是先做毛坯然后加工成所需要的尺寸，都是需要出图定制的。
标准设备作为一个尺寸参考是非常成功的。设计人员写一个标准号和规格，法兰加工厂或者制造单位根据标准和规格描述出图，再按图加工出来一个设备法兰。
司马光有云：“天地所生财货百物，不在民，则在官。”
设备法兰这张图，要么设计出，要么制造单位出，是免不了的。
所以因为法兰是标准设备法兰，计算通不过时，纠结自己是不是可以修改尺寸，修改尺寸会不会制造带来不便，完全不用担心。
因为不管是标准的还是非标的，对于制造单位来说，都是一样的，甚至你能出张图，比写标准号，更受制造单位欢迎。

锥颈部高度如何输入
标准法兰起到一个锚的作用。
设计的比标准法兰轻，说明省了。

设计的比标准法兰重，说明偏重了。
为了保证经济性，根据上面的说明，如果法兰盘直径和厚度不变，锥颈部的高度变化是不会影响到法兰的经济性的。因为用的是相同的毛坯。

增加法兰颈部高度，直到完全没有直边，此时成本和标准法兰一致，但是计算更容易通过。

有朋友会说：

我同意小端取筒体厚度，如果用虚拟的h1代替锥颈部高度h，是保守的，这样可以吗？



原则上当然是可以的，只是虚拟的锥颈部需要计算，是比较麻烦而已。
直接修改锥颈，稍微留点直边，计算书中的尺寸和锥颈高度都能匹配，还不用去算虚拟锥颈h1，更直观一些。
如果实在不行，可以取消直边，选用对接节点。
如果说NB/T47020的法兰与筒体节点是中国的独家发明，那么对接节点是放之四海而皆准的，可接受度更高。

修改锥颈高度，说明一下h=多少即可，是非常方便的。
法兰调整技巧
法兰的调整技巧在《压力容器设计工程师培训教程》一书中说的比较详细：




当然这是基本的思路，现在的法兰多了一项刚度校核。有些法兰应力值很低，但是刚度控制了法兰，也不得不进行调整。对于带分程隔板的法兰，隔板处的垫片也是需要考虑的。

对于一个特定项目而言，很多时候，设备的垫片形式，螺栓材料已经定了，也就是垫片的MY值，螺栓许用应力定了。法兰的调整相当于带着镣铐跳舞，可调整的余地降低了很多。

这里有4个作为调整法兰的思路还是值得试一试的。

1.尽量降低法兰的设计力矩Mo。

Mo是法兰的总力矩。法兰的法兰盘，锥颈，圆筒一起承担此总力矩。所谓有福同享有难同当，当总力矩降低时，每个部件所承担的也就少了，后面的各个部件所受力按照旋转刚度来分配，这属于人民内部矛盾，可以再细分析。
降低Mo的方法包括了：a)降低法兰的螺栓圆直径，缩小力臂。相同面积时，小直径多数量的螺栓会比大直径，少数量的螺栓中心圆要小，力臂要小，所以也更好点。
b)当Mo由预紧工况决定时，可以降低预紧时的螺栓力。比如减少螺栓个数降低螺栓面积，减少螺栓强度，减少垫片MY值或者宽度。表现在计算书中可以看Am和Ab，使得两者尽量比较接近。




2.合理分配Mo
总的Mo降低了，法兰盘，锥颈，圆筒三部分共同承载，三者承载比例是按照旋转刚度成正比，能力越大，责任越大，刚度越大，承载越多。由于大多数时候，小端厚度等于筒体厚度，而加厚筒体是不经济的，所以下面的调整均不包含小端厚度调整。




a)轴向应力不过时，可以看一下计算书中的f值


注意查看f值的大小，如果f等于1，说明最大应力在锥段大端，可以通过加大大端的厚度，使大端应力降低。

b)当径向应力不过时，可以加大法兰厚度。

c)当环向应力不过时，锥颈部大端的加厚或者减薄会有影响，具体可以通过输入数据测试一下。所以这里也要提醒一下，不是所有加厚，对强度都是正面的影响。

d)当刚度不过时，为了使法兰使用时偏转降低，可以加厚法兰盘厚度或者增加锥颈大端厚度。

3. 保证经济性

如前面所说，在调整尺寸时，使得设计的法兰的直径和总高度大致等于所匹配的标准设备法兰。这样能够保证无论最终调整成什么参数，成本和标准的基本一样。

4. 操作冗余

法兰在实际使用中，逻辑和设计是有些不一样的。比如螺栓预紧力，往往远远大于设计载荷。通常法兰压不紧就螺栓再上紧些，通常情况，对于计算通过的法兰，虽然实际预紧力偏大，往往并不影响。
但是螺栓少时，垫片压的不均匀，计算通过，往往对于操作时错误是比较敏感的，一旦有错，补救的机会很少。所以适当的裕量以及把裕量放在合适的地方，会使法兰在实际操作中更容易密封。

比如当Mo由操作工况决定时，即高温高压工况，可以试着尽量再多加点螺栓，增加了预紧工况的法兰力矩，但是此时的Mo不影响，所以法兰成本不影响。由于螺栓的增加，增设备可操作冗余也增加了。

再比如，兼做法兰的管板，其法兰盘部分的厚度虽然根据强度已经计算了，但也不宜刚度过低。虽然管板和管束的整体刚度远大于配对法兰，但是此处局部偏转过大，对密封的影响也是很大的。“管板厚度要不小于0.6倍的管箱法兰厚度”这条提醒，也可以酌情参考一下。


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设备法兰的调整技巧
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(出处: 土星人论坛)
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