附录A  Ⅱ型绝缘法兰的法兰强度计算方法

A1 适用范围

A1．1 本计算方法可用于本标准中Ⅱ型绝缘法兰的法兰强度计算。在保证法兰强度和密封可靠性的情况下，设计者也可以采用其他可靠的计算方法。
A1．2 法兰强度计算过程中没有考虑法兰的腐蚀裕量。腐蚀裕量应由设计人根据管输介质的腐蚀性和绝缘法兰的使用寿命要求来自行选定，并体现在绝缘法兰的法兰设计图纸中。
A1．3 本计算方法取自美国机械工程师协会(ASME)《锅炉和压力容器标准》的第Ⅷ卷。

A2法兰强度计算

A2．1 法兰强度计算中的符号约定和计算用简图
A2．1．1 法兰强度计算中的符号约定：
　　B₁—法兰小端平均直径，mm：
　

　　h₀—系数，mm：
　

　　h_c—法兰接触反力作用圆到法兰螺栓中心圆的径向距离，mm；
　　h_D—法兰螺栓孔中心圆到HD作用圆的径向距离，mm：
　

　　h_T—法兰螺栓孔中心圆到HT作用圆的径向距离,mm：
　

　　H—流体静压产生的总轴向力，N：
　

　　K—法兰外径对法兰内径的比值：
　

　　L₃—法兰螺栓的计算长度，mm：
　

　　M—法兰螺栓的螺纹公称直径，mm
　　M_H—作用在法兰盘状部分和锥颈部分交界处的弯矩，N·mm；
　　M_S—由于法兰锥颈的作用，作用在法兰盘状部分上的弯矩，N·mm；
　　M_p—法兰的总弯矩，N·mm；
　　p—法兰的设计压力，MPa；
　　Q—作用在法兰盘状部分和锥颈部分交界处的剪力，N；
　　r_E—法兰材料的弹性模量(E_f)与螺栓材料的弹性模量(E_b)的比值：
　

　　r_S—法兰螺栓的预紧系数，一般可取r_S=0．7～0．8：
　
　
　S—绝缘垫圈的厚度，mm；
　　S₁—金属垫圈的厚度，mm；
　　S_i—螺栓的预紧应力，MPa；
　　Z—系数：
　

　　[σ]_b—螺栓材料在工作温度下的许用应力，MPa；
　　[σ]_f—法兰材料在工作温度下的许用应力，MPa；
　　σ_fR1—工作状态下，法兰在螺栓圆处的径向应力．MPa；
　　σ_fR2—工作状态下，法兰盘状部分上在与锥颈交界处的径向应力，MPa；
　　σ_H1—工作状态下，锥颈大端在与法兰盘状部分交界处的纵向应力，MPa；
　　σ_H2—工作状态下，锥颈大端在与法兰盘状部分交界处的环向应力，MPa；
　　σ_fT—法兰盘状部分上，在与锥颈大端交界处的环向应力，MPa；
　　θ_A—法兰外径处的转角，rad；
　　θ_B—法兰内径处的转角，rad；
　　α—法兰的形状系数：
　

　　β—法兰的形状系数：
　

　　μ—法兰材料的泊松比。
A2．1．2 法兰强度计算用简图如图A1所示。
A2．2 法兰的强度计算
A2．2．1 法兰厚度试算过程中的厚度初始值t按式(A1)计算：
　

　　估算得t值只供计算法兰各部分应力时作初值使用。应根据法兰各部分的应力值对t值作修正，直到法兰尺寸满足强度要求而又经济合理为止。
A2．2．2 法兰的总弯矩按式(A2)计算：
　

A2．2．3 法兰在工作状态下的螺栓总裁荷W按式(A3)计算：
　

W=H+H_C……………………………………(A3)

　　　　　A—法兰外径，mm；
　　　　　B—法兰内径，mm；
　　　　　c—法兰螺栓孔中心圆直径，mm；
　　　　　d—法兰螺栓孔直径，mm；
　　　　　G—O形橡胶密封圈槽的平均直径，mm；
　　　　　g₀—法兰锥颈小端处的厚度mm；
　　　　　g₁—法兰椎颈大端的厚度，mm：
　

　　　　　H_C—工作状态下法兰接触圆上的接触反力，N；
　　　　　H_D—工作状态下流体静压在法兰内径范围内产生的轴向力，N：
　

　　　　　H_T—工作状态下流体静压产生的总轴向力与在法兰内径范围内产生的釉向力的差值，N：
　

　　　　　h—法兰的锥颈高度，推荐h=(2．5～3)g₀，mm；
　　　　　h₀₀—法兰锥顶小端处直段部分的高度，mm：
　

　　　　　n—法兰螺栓数；
　　　　　t—法兰厚度，mm；
　　　　　t_S—绝缘体的厚度mm；
　　　　　W—工作状态下的螺栓总荷载，N
　

A2．2．4 工作状态下，法兰接触圆上的接触反力H_C按式(A4)计算：
　

考虑了法兰锥颈的作用后，作用在法兰盘状部分上的弯矩M_S，按式(A5)计算：
　



A2．2．5 法兰接触反力H_C的作用圆到法兰螺栓中心圆的径向距离h_C按式(A6)计算：
　

 


……………………(A6)

A2．2．6 作用在法兰盘状部分和锥颈部分交界处的剪力Q和弯矩M_H分别按式(A7)和式(A8)计算：
　

式中：C₁～C₅—系数，由图A2～A6查得；
　　　j—系数，由图A7查得；
　　　k—系数，由图A8查得。
A2．2．7 法兰内径处的转角θ_B按式(A9)计算：
　

式中：r_B—形状系数，由图A9查得。
　

图A2 系数C₁





图A3 系数C₂




图A4 系数C₃




图A5 系数C₄




图A6 系数C₅




图A7 系数j 



 

图A8 系数k






图A9 形状系数r_B

A2．2．8 法兰外径处的转角θ_A按式(A10)计算：
　

  …………………………(A10)

A2．2．9 工作状态下，法兰在螺栓圆处的径向应力σ_fR1按式(A11)计算：
　

A2．2．10 法兰盘状部分上，在与锥颈大端交界处的径向应力σ_fR2按式(A12)计算：
　

A2．2．11 法兰盘状部分上，在与锥颈大端交界处的环向应力σ_fT按式(A13)计算：
　

A2．2．12 锥颈上，在与法兰盘状部分交界处的纵向应力σ_H1按式(A14)计算：
　

A2．2．13 锥颈上，在与法兰盘状部分交界处的环向应力σ_H2按式(A15)计算：
　

A2．2．14 法兰螺栓的螺纹小径按式(A16)计算，计算值应按GB／T 196的规定圆整成标准普通螺纹的小径值，并选定螺栓的螺纹公称直径。
　

式中：d’_b—螺栓螺纹小径的计算值，mm。
A2．2．15 法兰和螺栓材质的许用应力，均应符合GB 150的规定。
A2．2．16 法兰各应力计算公式中的±符号规定如下：
　　法兰接触面一侧或锥颈的内恻用+号；
　　法兰背面一侧或锥颈的外侧用-号。
A2．2．17 法兰强度条件：
　

σ_fR≤[σ]_f
σ_fT≤[σ]_f
σ_H≤1．5[σ]_f

　　注： 在不同情况下，σfR分别表示σfR1或σfR2，σH分别表示σH1或σH2°
A2．2．18 螺栓强度条件：