ASME软件PVElite中法兰的设计及参数选取

发表时间：2017-07-14T10:32:11.940Z 来源：《基层建设》2017年第8期 作者： 张建伟

[导读] 摘要：主要介绍了ASME标准的法兰设计，以及计算软件PVELITE中，法兰参数值输入，以及法兰的选型及计算。

中建五洲工程装备有限公司 江苏南京 210000

摘要：主要介绍了ASME标准的法兰设计，以及计算软件PVELITE中，法兰参数值输入，以及法兰的选型及计算。 关键词：ASME；PVELITE；设备法兰；设计 1. ASME法兰设计原理 1.1计算方法

压力容器法兰国际上应用最为广泛的计算方法属Waters计算法, 美国ASME 、中国GB150、日本JIS等国家标准都采用Waters计算法。本方法通过计算法兰力矩，用法兰的力矩来计算法兰三向应力（轴向，径向，环向应力），然后校核法兰的强度。Waters法自1937 年提出至今, 几乎在世界范围内经历长期广泛实践考验。证实该方法在极大多数情况下使用情况良好。ASME Ⅷ -1 2004 年版又补充了法兰刚度计算的建议（我国 GB 150.3第3部分：设计2011年版的修改中也增加了整体法兰和按整体法兰计算的任意法兰的刚度校核计算要求）。法兰的刚度校核刚度需指数J≤1。刚度计算公式 J=52 .14MoV/(LEg2oho kI)≤1 与GB 150.3公式7-23是一致的。 2. PVELITE中法兰的设计步骤 2.1法兰类型

软件为用户准备了9种类型的法兰从左到右依次为：

带颈对焊法兰（WN）；带颈平焊法兰（SO）；整体计算平焊法兰；松式法兰计算SO法兰；松式法兰计算平焊法兰；活套法兰；法兰盖；反向法兰；松式反向法兰。

下面的主要以第一种带颈对焊法兰为例进行参数输入，其他类型的法兰在此基础上会有数据的删减和特殊参数的改变，总体输入相同。

2.2ASME标准法兰的选择

在PVELITE中，软件内建了基于ASME B16.5管法兰与ASME B16.47 A,B系列大直径法兰的结构尺寸数据库。方便设计者进行调用。如果是基于上述标准进行设计的标准法兰，就可以很方便的创建出来。但是ASME的标准法兰基于ASME B16.47的公称直径，法兰内径不大于60＇＇(DN1500mm)， 当直径超过60＇＇的法兰设计时，没有相应的尺寸数据。这时可以考虑参考我国NB/T 47020 - 47027-2012 压力容器法兰进行参数输入并进行设计，也可以得到合理的计算结果。 2.3法兰参数设置

通过标准法兰的导入或者用户自己输入，我们可以获得如图4.3的参数值。包括法兰厚度（Flange Thickness），法兰盘内外径（Flange ID/OD），法兰密封面内外径（Gasket ID/OD），长颈法兰大小端厚度（Thickness Large/Small），颈部高度等数值（Hub

Length）。输入完这些数值后，我们可以点选计算结果栏中的PLOT键值，对法兰的几何结构经行检查。以确保法兰结构的正确。同时我们也可以使用JUST LIKE和COPY NOW键来快速复制一个配对法兰。

2.4紧固件，垫片参数设置

紧固件以及垫片的参数输入如图4.5，其中螺栓的材料选择设计者根据设计条件选择。螺栓圆（Bolt Circle Diameter）以及螺栓直径大小（Nominal Bolt Diameter）数量（Number of Bolts）可以参照ASME B16.5，B16.47系列，或者参考我国的NB/T 47020-47027-2012 。 垫片的参数输入时，如果是换热器的多管程管箱法兰，就要将法兰盖的扰度值输入，如果扰度值控制较严，将对法兰盖的厚度影响较大。

2.5法兰计算结果

PVELITE计算结果是实时显示（图4.6），第一行为螺栓所需间距，实际螺栓间距和最大螺栓间距 第二行左侧，螺栓为到边缘的最小距离。右侧是法兰颈部距离螺栓的距离。第三行是法兰的计算厚度。

法兰设计不合理或者不符合ASME法兰的设计标准。会以红色不合格项表示。用户需要对设计参数进行调整。以达到合格法兰设计。 如果根据我国NB/T 47020-47027《压力容器法兰》所选取参数创建出的法兰模型，它的螺栓间距，螺栓据颈部和边缘的距离会不符合ASME的标准。但是我们知道按照NB/T 47020-47027选取的法兰是具有合理的结构以及大量的工程使用经验支持的，因此可以忽略这三个项目。

3.法兰设计总结

在实际的设计中，想要设计出安全合理经济的法兰，需要考虑多种因素的影响。

1)法兰设计中可减小法兰力矩，减小螺栓中心圆直径。降低所有作用在法兰上的力臂大小。

2)采用小直径螺栓，螺栓面积不够用螺栓数量来补充。 大直径螺栓因为需要更多拧紧螺栓操作空间，会使LA变大，螺栓圆Db变大增加法兰厚度。因此小螺栓，多数量会使同样的螺栓面积下可以获得更小的法兰盘尺寸。 3)在设计条件允许情况下，选择垫片系数m，y值低垫片

通过计算书分析法兰是操作工况还是预紧工况数值大，如果预紧工况决定法兰厚度的情况下，可以对螺栓的强度，螺栓的个数，螺栓的直径进行调整，降低法兰的厚度。