一种快开人孔法兰的设计计算顾美芳(中石化南京工程有限公司，江苏南京211100)摘要:针对用活节螺栓连接的快开式带颈对焊人孔法兰的现行标准压力等级较低，根据相关标准和材料力学，提出了设计计算方法，满足了工程设计的要求，可供相关的压力容器工程设计参考。关键词:压力容器;快开人孔;法兰;计算;非标准中图分类号:TQ055.810.2文献标识码:B文章编号:1009－1904(2012)05－0008－回转盖快开人孔的螺栓连接结构是采用活节螺栓、螺母、轴销与耳板组成的结构，法兰与法兰盖之间采用垫片密封，具有装拆方便的优点，适用于介质无甚危害又需要经常开启，以便操作、检查设备内部情况或检视容器内部物料生产情况的场合。但在实际应用中常因压力高于标准快开人孔而不能使用，需要自行设计非标准快开人孔。笔者针对内压下用活节螺栓连接的快开式带颈对焊人孔(见图1)，密封面型式为突面或凹凸面，螺栓孔为U形槽、法兰环外缘断开(见图2)的快开人孔法兰，结合GB150－2011《压力容器》［1］标准要求和《化工设备元件强度计算》方法［2］，并根据材料力学原理提出以下2计算过程2.1密封计算密封计算是为了满足法兰预紧密封和操作密封的需要，并确保能承受介质压力引起的轴向载荷。2.1.1垫片有效密封宽度b和垫片压紧力作用中心圆直径DG根据GB150－2011《压力容器》标准的相关规定，先由垫片接触宽度N确定垫片基本密封宽b，再计算垫片有效密封宽度b。0当b0≤6.4mm时，b=b=(D+D)/2;当0G12b0＞6.4mm时，b=2.53槡b0，DG=D2－2b。2.1.2垫片压紧力计算预紧状态下需要的最小垫片压紧力Fa=πDGby操作状态下需要的最小垫片压紧力Fp=2πDGbmp2.1.3螺栓载荷计算预紧状态下需要的最小螺栓总载荷Wa=Fa=πDGby操作状态下需要的最小螺栓总载荷计算内压引起的轴向力F=0.785D2pG操作状态下需要的最小螺栓总载荷2Wp=F+Fp=0.785DGp+2πDGbmp螺栓总面积计算2.1.4计算螺栓截面积时，以螺栓根径d2进行计算;常温下和设计温度下螺栓材料的许用应力［σ］b和［σ］bt从参考文献［1］第2部分分别查预紧状态下需要的最小螺栓总截面积Aa=·9·2012年第5期顾美芳.一种快开人孔法兰的设计计算Wa/［σ］b;操作状态下需要的最小螺栓总截面积2.2.2长短锥颈法兰的定义及其应力计算t根据参考文献［2］，当βH≥1.7时的锥颈法兰为长锥颈法兰，当βH＜1.7时的锥颈法兰为短锥颈法兰，其中=Wp/［σ］b。所需要的螺栓总截面积Am取Aa和Ap中的较大值，实际使用螺栓总截面积Ab≥Am。为装拆方便，快开人孔的活节螺栓数量应尽可能少，但又需螺栓载荷均匀作用于垫片，以达到良好的密封效果，必须选择合适的螺栓间距L，其最大值Lmax=2d1+6h/(m+0.5)。0.5β=1.82/［(δ1+δ2)Dm/2］21、长锥颈法兰的应力计算常温下和设计温度下法兰材料的许用应力t［σ］f和［σ］f可从参考文献［1］第2部分中分别查出。(1)截面I－I处应力截面I－I在直径为Dm的单位周长的弯矩2M1=MA2/(πDm)2截面I－I处的弯曲应力:2.1.5螺栓总设计载荷计算预紧状态下，螺栓总设计载荷W1=［σ］b(Am+Ab)［σ］b/2;操作状态下，螺栓总设计载荷W2=Wp故螺栓总设计载荷pS取W1和W2大者。两者中的较2σb1=6M1/δ2(1)2.2法兰强度计算将带颈对焊法兰视作由筒体、锥颈和法兰环三作用在截面I－I处的内压引起的轴向应力σa1=pDi/(4δ2)截面I－I处总应力(2)部分组成，其应力危险截面(见图3)分别在锥颈小端(即截面Ⅲ－Ⅲ)、锥颈大端(即截面Ⅰ－Ⅰ)和法兰环凸台减薄处(即截面Ⅱ－Ⅱ)。通过计算法兰力矩及内压载荷对危险截面引起的弯曲应力和轴向应力，并满足相应的强度校核条件，保证法兰各部分具有足够的强度和刚度，以利在螺栓力的作用tσ1=σb+σa≤1.5［σ］f11(2)截面Ⅱ－Ⅱ处应力(3)截面Ⅱ－Ⅱ处单位周长的径向弯矩M2=pS(D0－D2)/(2πD2)截面Ⅱ－Ⅱ处的弯曲应力(4)2tσb2=6M2/h≤［σ］f2、短锥颈法兰的应力计算(1)截面I－I处应力(5)MA2MA2MA1βH2－(1－1．7)(πD)M1=πD－πDm2m2m1截面I－I处所有应力计算公式分别采用上述长锥颈法兰计算公式(1)、(2)、(3)。(2)截面Ⅱ－Ⅱ处应力截面Ⅱ－Ⅱ处应力计算公式与上述长锥颈法兰计算公式(4)、(5)一致。(3)截面Ⅲ－Ⅲ处应力图3带颈对焊法兰的危险断面示...