Discussione sulla progettazione della flangia a collo lungo della nave

Flangia a collo di saldatura lungo è il tipo più comunemente usato flangia dell'attrezzatura. Il suo design ragionevole può non solo migliorare le prestazioni di sicurezza delle apparecchiature, ma anche ridurre i costi di produzione. In questo documento, l'influenza dello spessore della flangia e dell'altezza del collo del cono sulle varie sollecitazioni della flangia viene studiata attraverso un calcolo di esempio e vengono forniti alcuni suggerimenti per la progettazione ottimale della flangia a collo lungo, in modo da sfruttare appieno le varie proprietà dei materiali e migliorare l'economia di disegno della flangia.

0. introduzione

Nella progettazione di recipiente a pressione, flangia è una parte importante del recipiente a pressione e il suo design ragionevole è un collegamento chiave. Generalmente, selezioniamo le flange standard in base ai parametri di progettazione e alle condizioni di servizio della flangia.
Ci sono molti fattori che influenzano disegno della flangia, come materiale del bullone, numero, diametro del cerchio di distribuzione, materiale della guarnizione, dimensione, spessore, spessore della flangia e dimensione del collo del cono. Tra i molti fattori che influiscono, lo spessore della flangia e la dimensione del collo del cono sono la chiave per determinare se il design della flangia è ragionevole. Pertanto, questo documento prende il controllo delle varie sollecitazioni nella flangia a collo lungo (sollecitazione assiale, sollecitazione radiale, sollecitazione circonferenziale) come base progettuale e discute l'influenza dello spessore della flangia e dell'altezza del collo del cono sulla flangia attraverso il calcolo di esempio, al fine per ottimizzare il design della flangia a collo lungo.

Il diagramma strutturale della flangia a collo lungo è mostrato nella Figura 1.

Figura.1 Schema strutturale della flangia a collo lungo

1. Influenza delle dimensioni della struttura sulla sollecitazione della flangia

Illustreremo ora l'influenza delle principali dimensioni strutturali della flangia sulle varie sollecitazioni della flangia attraverso un esempio di calcolo.
Parametri di progettazione: diametro nominale DN1000, pressione di progetto 2.2 MPa, temperatura di progetto 200 ℃, tolleranza di corrosione 3 mm; Parametri della flangia: flangia per saldatura di testa a collo lungo, materiale metallico: 16Mn forgiatura; Parametri del cilindro: materiale Q345R, spessore 14 mm; Fermaglio ed guarnizione: dado prigioniero 35CrMoA/30CrMoA, la guarnizione è una guarnizione a spirale.
Le dimensioni di base della flangia devono essere determinate secondo la flangia standard FM1000-2.5 in NB/T47023-2012.

1.1 Influenza dello spessore della flangia sullo stress

Per discutere l'influenza dello spessore della flangia su vari sollecitazioni della flangia, si presume che le altre dimensioni della flangia rimangano invariate e si consideri solo la variazione di spessore. L'influenza dello spessore della flangia sullo stress è mostrata nella Figura 2.

Figura 2. Effetto dello spessore sullo stress della flangia
Si può vedere dalla Figura 2 che con l'aumentare dello spessore della flangia, la sollecitazione assiale e la sollecitazione radiale diminuiscono significativamente, mentre la sollecitazione circonferenziale aumenta leggermente. Quando lo spessore della flangia aumenta da 68 mm a 82 mm, la sollecitazione assiale diminuisce del 17.59%, la sollecitazione radiale diminuisce del 38.93% e la sollecitazione circonferenziale aumenta del 4.55%.

1.2 Effetto dell'altezza del collo del cono sullo stress

Allo stesso modo, per discutere l'influenza dell'altezza del collo del cono della flangia sulle varie sollecitazioni della flangia, si presume che le altre dimensioni della flangia rimangano invariate e si consideri solo la variazione dell'altezza del collo del cono. L'influenza dell'altezza del collo del cono sullo stress è mostrata nella Figura 3.

Figura.3. Effetto dell'altezza del collo del cono sulla sollecitazione della flangia
Si può vedere dalla Figura 3 che con l'aumento dell'altezza del collo del cono della flangia, la sollecitazione assiale e la sollecitazione circonferenziale diminuiscono, mentre la sollecitazione radiale aumenta leggermente. Quando l'altezza del collo del cono aumenta da 42 mm a 56 mm, la sollecitazione assiale diminuisce del 22.66%, la sollecitazione circonferenziale diminuisce del 10.63% e la sollecitazione radiale aumenta del 2.29%.
Dall'analisi di cui sopra, si può vedere che lo spessore della flangia e l'altezza del collo del cono hanno un impatto sulle varie sollecitazioni della flangia, e questo impatto è correlato. Pertanto, nell'effettivo processo di progettazione, è necessario considerare in modo completo lo spessore della flangia, l'altezza del collo del cono e altre dimensioni strutturali in modo che il materiale possa dare pieno gioco a varie proprietà di resistenza per ottenere un design ottimale.

2. Discussione sul progetto di ottimizzazione della flangia

Secondo l'analisi di cui sopra, lo spessore della flangia ha il maggiore impatto sulla sollecitazione radiale e l'altezza del collo del cono della flangia ha il maggiore impatto sulla sollecitazione assiale. Pertanto, quando il controllo della resistenza della flangia non è qualificato, dovremmo analizzare il motivo della resistenza della flangia non qualificata in base ai risultati del calcolo per ottimizzare il progetto.
Se la sollecitazione radiale è inaccettabile, lo spessore della flangia deve essere aumentato e l'altezza del collo del cono rimane invariata o diminuisce leggermente; Se la sollecitazione assiale non è qualificata, è preferibile aumentare l'altezza del collo del cono, quindi aumentare lo spessore della flangia; Se la sollecitazione circonferenziale è inaccettabile, l'altezza del collo del cono deve essere aumentata e lo spessore della flangia deve essere invariato o leggermente ridotto.
La Figura 4 mostra i risultati del progetto della flangia che possono soddisfare i requisiti di resistenza nelle stesse condizioni di progetto.

Si può vedere dalla Figura 4 che lo spessore delle flange da 1 # a 6 # diminuisce gradualmente e l'altezza del collo del cono aumenta gradualmente. Per 1 # flangia con grande spessore e collo a cono piccolo, che è simile a flangia della piastra, la flangia è soggetta a deflessione circonferenziale, quindi la sollecitazione circonferenziale è grande e la sollecitazione radiale è piccola; La flangia 6 # ha un grande collo conico e uno spessore ridotto, che è facile da produrre flessione radiale, grande sollecitazione radiale e piccola sollecitazione circonferenziale; La proporzione della struttura delle flange 3 # e 4 # è relativamente ragionevole. La sollecitazione radiale e la sollecitazione circonferenziale sono fondamentalmente le stesse. Il materiale può esercitare le sue prestazioni di forza in tutte le direzioni.

Figura.4 Risultati del progetto della flangia nelle stesse condizioni di progetto

3. CONCLUSIONE

La modifica dello spessore della flangia può influenzare significativamente la sollecitazione radiale, seguita dalla sollecitazione assiale, e ha scarso effetto sulla sollecitazione circonferenziale; La modifica dell'altezza del collo del cono della flangia può influenzare significativamente la sollecitazione assiale, seguita dalla sollecitazione circonferenziale, e ha un impatto minimo sulla sollecitazione radiale.
Considerando ragionevolmente lo spessore della flangia e l'altezza del collo del cono, la flangia può dare pieno gioco alle sue varie proprietà di resistenza e la flangia tende a uno stato di sollecitazione completo, il che contribuisce a far sì che la flangia ottenga volume e peso minori e migliorando l'economia del flangia.
La progettazione ottimale della flangia è un problema complesso. Questo documento discute solo l'influenza dello spessore della flangia e dell'altezza del collo del cono e l'influenza di altri fattori deve essere ulteriormente discussa.
Autore: Li Qian
Fonte: Cina Produttore di flange a collo lungo – Industria dei tubi Yaang (www.epowermetals.com)