整体式管法兰强度和刚度的计算



依据：GB/T 17186.1-2015		整体式管法兰连接计算
	名称	单位	公式/来源	值
1	示意图
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43	输入
设计 条件	计算压力，P	MPa		0.8
	设计温度	℃		150
垫片	型式及材料	/		纤维橡胶板
	m值	/		1.25
	y值	MPa		2.8
	垫片与密封面接触内径,Di	mm		1639
	垫片与密封面接触外径，Do	mm		1687
	接触面简图	/		1a
	基本密封宽度，b0	mm		12
螺栓	材料标准	/		GB/T 3077
	材料牌号	/		35CrMo
	设计许用应力，[σ]bt	MPa		161
	常温许用应力，[σ]b	MPa		161
	公称直径，db	mm		30
	根径/最小径，dbmin	mm		26.21
	数量，n	/		68
	中心圆直径，C	mm		1755
法兰	材料标准	/		NB/T 47008
	材料牌号	/		16Mn
	材料是否为铸铁？	/		否
	设计许用应力，[σ]ft	MPa		146
	设计温度弹性模量，Et	MPa		190000
	常温许用应力，[σ]f	MPa		157
	常温弹性模量，E	MPa		206000
	内径，B	mm		1600
	外径，A	mm		1815
	法兰厚度，t	mm		140
	颈部高度，h	mm		80
	背部锥颈厚度，g1	mm		36
	锥颈小端厚度，g0	mm		24
接管	材料标准	/		GB/T 9948
	材料牌号	/		Q345
	设计许用应力，[σ]nt	MPa		137
	常温许用应力，[σ]n	MPa		137
78	过程
79	法兰外径与内径比值，K	/	K=A/B	1.134375
80	垫片接触宽度，N	mm	N=(Do-Di)/2	24
81	垫片有效密封宽度，b	mm	b={b0,b0≤6.0；2.5√b0}	8.660254038
82	垫片压紧力作用中心圆直径，G	mm	按 7.1.2.3 条	1669.679492
83	操作状态下需要的最小垫片压紧力，HG	N	HG=2bπGmP	90853.90803
84	预紧状态下需要的最小垫片压紧力，HP	N	HP=Wm2=πbGy	127195.4712
85	总得端部静压力，H	N	H=0.785G2P	1750756.992
86	操作状态下所需的螺栓载荷，Wm1	N	Wm1=H+HG	1841610.9
87	预紧状态下所需的螺栓载荷，Wm2	N	Wm2=HP	127195.4712
88	操作状态所需螺栓截面积，Am1	mm²	Am1=Wm1/[σ]bt	11438.57702
89	预紧状态所需螺栓截面积，Am2	mm²	Am2=Wm2/[σ]b	790.0339829
90	所需螺栓总横截面积，Am	mm²	Am=max{Am1，Am2}	11438.57702
91	螺栓实际横截面积，Ab	mm²	Ab=nπdbmin2/4	36688.74329
92	操作状态所需螺栓直径，dbm1	mm	dbm1=√4Am1/nπ	14.63479365
93	预紧状态所需螺栓直径，dbm2	mm	dbm2=√4Am2/nπ	3.846125837
94	径向距离，R	mm	R=(C-B)/2-g1	41.5
操作	操作状态设计螺栓载荷，W	N	W=Wm1	1841610.9
	操作状态，HD	N	HD=0.785B2P	1607680
	操作状态，hD	mm	hD=R+0.5g1	59.5
	操作状态，MD	N·mm	MD=HDhD	95656960
	操作状态，HT	N	HT=H-HD	143076.9924
	操作状态，hT	mm	hT=(R+g1+hG)/2	60.08012702
	操作状态，MT	N·mm	MT=HThT	8596083.878
	操作状态，HG	N	HG=W-H	90853.90803
	操作状态，hG	mm	hG=(C-G)/2	42.66025404
	操作状态，MG	N·mm	MG=HGhG	3875850.797
	操作状态法兰总力矩，M0	N·mm	M0=(MD+MT+MG)Bsc	108128894.7
预紧	预紧状态设计螺栓载荷，W	N	W=(Am+Ab)/2×[σ]b	3874249.285
	预紧状态法兰总力矩，M0	N·mm	M0=(C-G)W/2×Bsc	165276458.7
108	螺栓实际间距，Bs	mm	Bs=πC/n	81.0808104
109	2db+t	mm	2db+t	200
110	螺栓间距修正系数，Bsc	/	第8.6节	1
111	系数，h0	/	h0=√Bg0	960
112	20g1	mm	20g1	720
颈部轴向	颈部小端应力与大端应力之比值，f	/	表5公式计算	1.913120742
	直径，B1	mm	9.2.1	1600
	整体式法兰系数，F	/	表5公式计算	0.905764046
	系数，e	/	e=F/h0	0.000943504
	系数，T	/	图2	1.864611826
	系数，U	/	图2	16.95468789
	系数，V	/	图4	0.483926818
	系数，d	/	d=U/V*h0g02	19373309.9
	系数，L	/	L=(te+1)/T+t3/d	0.748783614
	操作轴向应力，σH	MPa	σH=fM0/(Lg12B1)	133.2302454
	预紧轴向应力，σH	MPa	σH=fM0/(Lg12B1)	203.6442083
径向	操作径向应力，σR	MPa	σR=(1.33te+1)M0/(Lt2B)	5.413756113
	预紧径向应力，σR	MPa	σR=(1.33te+1)M0/(Lt2B)	8.274998475
切向	系数，Y	/	图2	15.42659953
	系数，Z	/	图2	7.973339235
	操作切向应力，σT	MPa	σT=YM0/t2B-ZσR	10.02501159
	预紧切向应力，σT	MPa	σT=YM0/t2B-ZσR	15.32336402
130	结果
131	螺栓推荐最大间距，Bsmax	mm	Bsmax=2db+6t/(m+0.5)	540
132	螺栓所需直径，[dbmin]	mm	[dbmin]=max{dbm1，dbm2}	14.63479365
133	螺栓直径校核	/	dbmin≥[dbmin]	合格
操作工况	操作工况轴向应力，σH	MPa	σH=fM0/(Lg12B1)	133.2302454
	操作工况轴向许用应力，[σH]	MPa	[σH]=min{[σ]ft，[σ]nt}，铸铁； min{1.5[σ]ft，1.5[σ]nt}	205.5
	操作工况轴向应力校核	/	σH≤[σH]	合格
	操作工况径向应力，σR	MPa	σR=(1.33te+1)M0/(Lt2B)	5.413756113
	操作工况径向许用应力，[σR]	MPa	[σR]=[σ]ft	146
	操作工况径向应力校核	/	σR≤[σR]	合格
	操作工况切向应力，σT	MPa	σT=YM0/t2B-ZσR	10.02501159
	操作工况切向许用应力，[σT]	MPa	[σT]=[σ]ft	146
	操作工况切向应力校核	/	σT≤[σT]	合格
	操作工况轴向应力+径向应力校核	/	(σH+σR)/2≤[σ]ft	合格
	操作工况轴向应力+切向应力校核	/	(σH+σT)/2≤[σ]ft	合格
预紧工况	预紧工况轴向应力，σH	MPa	σH=fM0/(Lg12B1)	203.6442083
	预紧工况轴向许用应力，[σH]	MPa	[σH]=min{[σ]f，[σ]n}，铸铁； min{1.5[σ]f，1.5[σ]n}	205.5
	预紧工况轴向应力校核	/	σH≤[σH]	合格
	预紧工况径向应力，σR	MPa	σR=(1.33te+1)M0/(Lt2B)	8.274998475
	预紧工况径向许用应力，[σR]	MPa	[σR]=[σ]f	157
	预紧工况径向应力校核	/	σR≤[σR]	合格
	预紧工况切向应力，σT	MPa	σT=YM0/t2B-ZσR	15.32336402
	预紧工况切向许用应力，[σT]	MPa	[σT]=[σ]f	157
	预紧工况切向应力校核	/	σT≤[σT]	合格
	预紧工况轴向应力+径向应力校核	/	(σH+σR)/2≤[σ]f	合格
	预紧工况轴向应力+切向应力校核	/	(σH+σT)/2≤[σ]f	合格
156	预紧工况法兰刚度指数，J	/	J=52.14VM0/(0.3LEg02h0)	0.162975827
157	预紧工况法兰刚度校核	/	J≤1.0	合格
158	操作工况法兰刚度指数，J	/	J=52.14VM0/(0.3LEtg02h0)	0.115602593
159	操作工况法兰刚度校核	/	J≤1.0	合格