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杭州納泰自動化科技有限公司
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更新時間：2023-05-15 10:14:28瀏覽次數(shù)：205次
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法蘭的有限元分析校核
螺栓法蘭連接是石油化工設(shè)備、容器和管道的連接形式。管道法蘭（簡稱管法蘭）是管道及包括閥門在內(nèi)的各種流體設(shè)備相互連接的最基本的零件，同時，又是一種承受壓力的密封元件。鋼制沖壓活套法蘭是一種新型的非標管法蘭，其的異形結(jié)構(gòu)使其具有加工工藝簡單、原材料消耗大大降低等特點，具有極大地推廣使用價值。但由于缺乏相關(guān)國家標準，沖壓活套法蘭至今未能全面投入工程應(yīng)用。
因此，本文針對沖壓活套法蘭由于缺乏可靠性驗證及相關(guān)國家標準而使得使用需求得不到滿足的現(xiàn)狀，以及沖壓活套法蘭的相關(guān)介紹和可靠性分析極其缺少的問題，首先對沖壓活套法蘭進行了介紹，其次結(jié)合三維制圖軟件以及軟件對其進行了有限元分析及應(yīng)力分類，然后按照JB 4732中應(yīng)力強度校核標準對其進行校核，驗證了該種法蘭的強度可靠性，有助于其推廣使用，并為其優(yōu)化設(shè)計提供參考。
早在20世紀70年代末，沖壓法蘭在國外已經(jīng)被用在設(shè)計壓力1.0 MPa以下，設(shè)計溫度低于200℃的壓力容器上，目前普遍被用在染色機上。德國“TC公司”的染色機是使用沖壓法蘭的壓力容器之一。隨后，該法蘭被染色機行業(yè)廣泛采用。世界的印染設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)—“香港立信工業(yè)有限公司”旗下的“立信染整機械有限公司”的染色機，其管法蘭全部采用沖壓活套法蘭。
如圖所示，一般情況下，沖壓活套法蘭組件由法蘭盤、翻邊短節(jié)、墊片、螺栓、螺母以及彈簧墊圈等組成。與其他活套法蘭的不同在于，沖壓活套法蘭的法蘭盤是由凹陷、凸起以及翻邊等組成的非平板異型結(jié)構(gòu)，形成了沖壓活套法蘭的優(yōu)點。
沖壓法蘭的結(jié)構(gòu)使它具有如下顯著特點：
（1）法蘭盤的異形結(jié)構(gòu)，使得其在保證剛度的前提下，大大減小厚度，從而大幅度降低原材料消耗。以PN1.0MPa、DN50的法蘭為例，標準的平焊環(huán)松套鋼制管法蘭，其法蘭盤的厚度為20 mm，而沖壓活套法蘭的法蘭盤厚度僅為4 mm，其翻邊短節(jié)的翻邊壁厚為3.5 mm，翻邊短節(jié)焊端壁厚僅為2.6 mm。
（2）法蘭盤和翻邊短節(jié)均由板材直接沖壓成形，除了翻邊短節(jié)密封面上的水線以外，沖壓活套法蘭不需要進行機加工，這使得其加工制造成本也得以降低。
（3）由于沖壓活套法蘭中法蘭盤的非平板式結(jié)構(gòu)，使得其無法采用GB 150-1998《鋼制壓力容器》中的非標法蘭計算方法對其進行設(shè)計計算，造成了其在國內(nèi)的使用推廣受到限制的問題。
以DN80的沖壓活套法蘭為例進行有限元分析，其法蘭盤的尺寸如圖。翻邊短節(jié)尺寸見圖。
法蘭盤及翻邊短節(jié)材料為1Cr18Ni9Ti，螺栓及螺母材料為40MnB，所使用的各材料屬性如表。
以DN80為例，設(shè)計壓力為PN1.0 MPa，設(shè)計溫度為150℃。為簡化計算，提高計算效率，根據(jù)法蘭接頭系統(tǒng)的對稱性，采用工作接頭的1/8扇形單元作為，如圖，模型包括法蘭盤、翻遍短節(jié)、螺栓和螺母等四個部分，采用接觸副模擬墊片。螺栓與螺母之間采用不分離接觸，以防止螺栓滑動。螺栓與法蘭盤，法蘭盤與翻邊短節(jié)及兩翻邊短節(jié)之間均采用無摩擦接觸。
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