法蘭毛坯設(shè)備法蘭的設(shè)計(jì)

法蘭目前的設(shè)計(jì)主流方法是Taylor-Waters法，在設(shè)計(jì)長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭過程中，往往因?yàn)閰?shù)多，新手往往調(diào)整起來困難。調(diào)整后出圖，經(jīng)過校審時(shí)，往往又被改的面目全非。

那么設(shè)備法蘭應(yīng)該如何調(diào)整，能夠做到既安全又經(jīng)濟(jì)，還冗余性好。

安全性：就是至少能夠通過計(jì)算。

經(jīng)濟(jì)性：通過計(jì)算的基礎(chǔ)上，。

冗余性：在實(shí)際使用中，遇到各種稍微超壓，超溫，管道載荷等各種情況下，還能夠安全使用。

法蘭的經(jīng)濟(jì)性

法蘭的成本是由什么決定的呢？

對(duì)頸部對(duì)焊法蘭一般是由長(zhǎng)頸法蘭鍛件為毛坯，再通過機(jī)加工制造出來的。

所以法蘭的成本大致為

A: 鍛件毛坯

B: 加工費(fèi)等其它費(fèi)用。

鍛件毛坯的基本決定了法蘭的成本。而毛坯由法蘭盤直徑和厚度以及大端厚度和錐頸部高度。

所以計(jì)算要控制的就是讓這4個(gè)參數(shù)獲得的材料最省。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭

在國標(biāo)設(shè)計(jì)中，如果法蘭符合NB/T 47023，包括法蘭的材料，溫度-壓力表，腐蝕裕量，對(duì)接的筒體厚度，匹配的墊片型式材料和螺柱螺母材料等等，按照GB150.3，可以免除計(jì)算。

當(dāng)做非標(biāo)的法蘭設(shè)計(jì)時(shí)，為了迅速獲得大致合適的設(shè)計(jì)方案，往往會(huì)要參考標(biāo)準(zhǔn)法蘭NB/T 47023，利用標(biāo)準(zhǔn)法蘭的數(shù)據(jù)再稍微調(diào)整，以獲得最終的法蘭數(shù)據(jù)。

輸入數(shù)據(jù)到軟件中，經(jīng)常有一些容易出錯(cuò)的地方。

1.小端厚度應(yīng)該輸入筒體和法蘭小端的較小值。詳情解析見：法蘭小端厚度應(yīng)該如何取值（續(xù)）

2.SW6的輸入是沒有考慮腐蝕裕量的，需要扣除腐蝕裕量，修改的內(nèi)容有法蘭內(nèi)徑，大端小端厚度。

3.SW6中，遇到帶分程隔板的換熱器，分程隔板處的面積是被壓緊寬度*壓緊長(zhǎng)度。

特別是第一點(diǎn)，由于筒體比較薄，輸入小端厚度時(shí)經(jīng)常要做一些法蘭修改。而且往往是因?yàn)樾《颂?，?dǎo)致很多應(yīng)力或者剛度通不過。

很多朋友就會(huì)有疑問：

為什么標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭需要修改，為什么標(biāo)準(zhǔn)法蘭算不過，是不是輸入的理解有問題？

一般來說既然需要按照GB150.3或者ASME VIII I計(jì)算，那么就按照規(guī)范的方法來設(shè)計(jì)，沒有必要糾結(jié)標(biāo)準(zhǔn)法蘭尺寸能不能修改的問題。

畢竟管法蘭也不用算，如果要計(jì)算，很多低壓力等級(jí)的也算不過。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭尺寸

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭是我們國家的一項(xiàng)創(chuàng)新，避免了很多五花八門的非標(biāo)法蘭設(shè)計(jì)，讓設(shè)計(jì)人員能夠較為順利的設(shè)計(jì)出較為合理的法蘭尺寸。

但是世界上真有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭嗎？

什么是標(biāo)準(zhǔn)件呢？

比如標(biāo)準(zhǔn)的螺栓螺母接管，彎頭，三通，SO法蘭等等，知道了材料型號(hào)，到市場(chǎng)上很容易買到現(xiàn)貨。那么設(shè)備法蘭能否再市場(chǎng)上買到現(xiàn)成的呢？

可以說，基本不可能。

所有的設(shè)備法蘭都是先做毛坯然后加工成所需要的尺寸，都是需要出圖定制的。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備作為一個(gè)尺寸參考是非常成功的。設(shè)計(jì)人員寫一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)和規(guī)格，法蘭加工廠或者制造單位根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格描述出圖，再按圖加工出來一個(gè)設(shè)備法蘭。

司馬光有云：“天地所生財(cái)貨百物，不在民，則在官。"

設(shè)備法蘭這張圖，要么設(shè)計(jì)出，要么制造單位出，是免不了的。

所以因?yàn)榉ㄌm是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭，計(jì)算通不過時(shí)，糾結(jié)自己是不是可以修改尺寸，修改尺寸會(huì)不會(huì)制造帶來不便，不用擔(dān)心。

因?yàn)椴还苁菢?biāo)準(zhǔn)的還是非標(biāo)的，對(duì)于制造單位來說，都是一樣的，甚至你能出張圖，比寫標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，更受制造單位歡迎。

錐頸部高度如何輸入

標(biāo)準(zhǔn)法蘭起到一個(gè)錨的作用。

設(shè)計(jì)的比標(biāo)準(zhǔn)法蘭輕，說明省了。

設(shè)計(jì)的比標(biāo)準(zhǔn)法蘭重，說明偏重了。

為了保證經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)上面的說明，如果法蘭盤直徑和厚度不變，錐頸部的高度變化是不會(huì)影響到法蘭的經(jīng)濟(jì)性的。因?yàn)橛玫氖窍嗤拿鳌?br style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;"/>

增加法蘭頸部高度，直到?jīng)]有直邊，此時(shí)成本和標(biāo)準(zhǔn)法蘭一致，但是計(jì)算更容易通過。

有朋友會(huì)說：

我同意小端取筒體厚度，如果用虛擬的h1代替錐頸部高度h，是保守的，這樣可以嗎？

原則上當(dāng)然是可以的，只是虛擬的錐頸部需要計(jì)算，是比較麻煩而已。

直接修改錐頸，稍微留點(diǎn)直邊，計(jì)算書中的尺寸和錐頸高度都能匹配，還不用去算虛擬錐頸h1，更直觀一些。

如果實(shí)在不行，可以取消直邊，選用對(duì)接節(jié)點(diǎn)。

如果說NB/T47020的法蘭與筒體節(jié)點(diǎn)是中國的發(fā)明，那么對(duì)接節(jié)點(diǎn)是放之四海而皆準(zhǔn)的，可接受度更高。

修改錐頸高度，說明一下h=多少即可，是非常方便的。

法蘭調(diào)整技巧

法蘭的調(diào)整技巧在《壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教程》一書中說的比較詳細(xì)：

當(dāng)然這是基本的思路，現(xiàn)在的法蘭多了一項(xiàng)剛度校核。有些法蘭應(yīng)力值很低，但是剛度控制了法蘭，也不得不進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于帶分程隔板的法蘭，隔板處的墊片也是需要考慮的。

對(duì)于一個(gè)特定項(xiàng)目而言，很多時(shí)候，設(shè)備的墊片形式，螺栓材料已經(jīng)定了，也就是墊片的MY值，螺栓許用應(yīng)力定了。法蘭的調(diào)整相當(dāng)于帶著鐐銬跳舞，可調(diào)整的余地降低了很多。

這里有4個(gè)作為調(diào)整法蘭的思路還是值得試一試的。

1.盡量降低法蘭的設(shè)計(jì)力矩Mo。

Mo是法蘭的總力矩。法蘭的法蘭盤，錐頸，圓筒一起承擔(dān)此總力矩。所謂有福同享有難同當(dāng)，當(dāng)總力矩降低時(shí)，每個(gè)部件所承擔(dān)的也就少了，后面的各個(gè)部件所受力按照旋轉(zhuǎn)剛度來分配，這屬于人民內(nèi)部矛盾，可以再細(xì)分析。

降低Mo的方法包括了：

a)降低法蘭的螺栓圓直徑，縮小力臂。相同面積時(shí)，小直徑多數(shù)量的

螺栓會(huì)比大直徑，少數(shù)量的螺栓中心圓要小，力臂要小，所以也更好點(diǎn)。

b)當(dāng)Mo由預(yù)緊工況決定時(shí)，可以降低預(yù)緊時(shí)的螺栓力。比如減少螺栓個(gè)數(shù)降低螺栓面積，減少螺栓強(qiáng)度，減少墊片MY值或者寬度。表現(xiàn)在計(jì)算書中可以看Am和Ab，使得兩者盡量比較接近。

2.合理分配Mo

總的Mo降低了，法蘭盤，錐頸，圓筒三部分共同承載，三者承載比例是按照旋轉(zhuǎn)剛度成正比，能力越大，責(zé)任越大，剛度越大，承載越多。由于大多數(shù)時(shí)候，小端厚度等于筒體厚度，而加厚筒體是不經(jīng)濟(jì)的，所以下面的調(diào)整均不包含小端厚度調(diào)整。

a)軸向應(yīng)力不過時(shí)，可以看一下計(jì)算書中的f值

注意查看f值的大小，如果f等于1，說明最大應(yīng)力在錐段大端，可以通過加大大端的厚度，使大端應(yīng)力降低。

b)當(dāng)徑向應(yīng)力不過時(shí)，可以加大法蘭厚度。

c)當(dāng)環(huán)向應(yīng)力不過時(shí)，錐頸部大端的加厚或者減薄會(huì)有影響，具體可以通過輸入數(shù)據(jù)測(cè)試一下。所以這里也要提醒一下，不是所有加厚，對(duì)強(qiáng)度都是正面的影響。

d)當(dāng)剛度不過時(shí)，為了使法蘭使用時(shí)偏轉(zhuǎn)降低，可以加厚法蘭盤厚度或者增加錐頸大端厚度。

3. 保證經(jīng)濟(jì)性

如前面所說，在調(diào)整尺寸時(shí)，使得設(shè)計(jì)的法蘭的直徑和總高度大致等于所匹配的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備法蘭。這樣能夠保證無論最終調(diào)整成什么參數(shù)，成本和標(biāo)準(zhǔn)的基本一樣。

4. 操作冗余

法蘭在實(shí)際使用中，邏輯和設(shè)計(jì)是有些不一樣的。比如螺栓預(yù)緊力，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)載荷。通常法蘭壓不緊就螺栓再上緊些，通常情況，對(duì)于計(jì)算通過的法蘭，雖然實(shí)際預(yù)緊力偏大，往往并不影響。

但是螺栓少時(shí)，墊片壓的不均勻，計(jì)算通過，往往對(duì)于操作時(shí)錯(cuò)誤是比較敏感的，一旦有錯(cuò)，補(bǔ)救的機(jī)會(huì)很少。所以適當(dāng)?shù)脑Ａ恳约鞍言Ａ糠旁诤线m的地方，會(huì)使法蘭在實(shí)際操作中更容易密封。

比如當(dāng)Mo由操作工況決定時(shí)，即高溫高壓工況，可以試著盡量再多加點(diǎn)螺栓，增加了預(yù)緊工況的法蘭力矩，但是此時(shí)的Mo不影響，所以法蘭成本不影響。由于螺栓的增加，增設(shè)備可操作冗余也增加了。

再比如，兼做法蘭的管板，其法蘭盤部分的厚度雖然根據(jù)強(qiáng)度已經(jīng)計(jì)算了，但也不宜剛度過低。雖然管板和管束的整體剛度遠(yuǎn)大于配對(duì)法蘭，但是此處局部偏轉(zhuǎn)過大，對(duì)密封的影響也是很大的。“管板厚度要不小于0.6倍的管箱法蘭厚度"這條提醒，也可以酌情參考一下。

往期精彩：

非標(biāo)法蘭

ASME法蘭和GB法蘭設(shè)計(jì)的不同

帶筋板的管箱法蘭蓋

法蘭小端厚度應(yīng)該如何取值（續(xù)）

角鋼法蘭做分析？

快開法蘭的計(jì)算以及故事

虛驚一場(chǎng)？B系列歐標(biāo)法蘭，你壞

U形管換熱器管板兩側(cè)不同設(shè)計(jì)壓力的成對(duì)法蘭設(shè)計(jì)