[发明专利]一种两部位支撑式法兰连接结构及其设计方法

摘要

一种两部位支撑式法兰连接结构是一种能够降低螺栓峰值应力，增强螺栓强度裕量的法兰连接结构，其设计过程如下：首先根据密封要求或相关标准，确定密封圈的压缩量、回弹量，由此计算得到两支撑部位的高度差；然后根据法兰所受的分离力及法兰通径，初步确定螺栓个数及规格；之后可凭经验初步确定法兰形状，并进行有限元分析，优化法兰形状、螺栓规格、预紧力等参数；最后将螺栓预紧力转化为工程使用控制参数。本发明能够有效降低螺栓在整个工作循环中所受的弯矩峰值，从而降低螺栓应力峰值，提高其强度安全裕量，进而降低法兰刚度要求，降低法兰连接结构的整体重量。

主权项

1.一种两部位支撑式法兰连接结构的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、确定法兰连接结构处的介质压力以及法兰连接结构的轴向分离力载荷；所述法兰连接结构包括第一法兰(1)、第二法兰(2)、连接螺栓(3)、密封圈(4)；密封圈(4)安装在第一法兰(1)的法兰盘的密封槽内，第二法兰(2)的法兰盘上有与第一法兰(1)的密封槽对应的密封榫及位于法兰盘外缘处的凸起结构，第一法兰(1)与第二法兰(2)之间通过螺栓(3)连接，第一法兰(1)与第二法兰(2)之间通过密封圈(4)与第二法兰(2)外缘处的凸起结构支撑；步骤二、根据设定的密封圈漏率要求，确定密封圈的初始压缩量a及允许的最大回弹量bmax；确定第二法兰(2)凸起结构与第一法兰(1)之间的间隙初始值c0＝a‑bmax；步骤三、根据介质压力，初步确定法兰结构参数；所述的法兰结构参数包括管路壁厚、法兰盘厚度、法兰盘外径；步骤四、计算螺栓的总载荷、确定螺栓数量n；根据螺栓的总载荷、螺栓数量，计算获得单个螺栓的载荷并确定螺栓规格；将单个螺栓载荷初步确定为螺栓预紧力；步骤五、对法兰连接结构进行有限元静力学分析，获得法兰结构参数及螺栓预紧力的最终值、密封圈实际回弹量；根据密封圈实际回弹量调整第二法兰(2)外边缘处凸起结构高度，使得凸起结构与第一法兰(1)之间的间隙等于初始压缩量a与密封圈实际回弹量的差值；步骤六、根据步骤五中确定的螺栓预紧力、量化控制措施，确定量化控制参数范围；根据步骤五中确定的法兰结构参数、凸起结构高度，确定第一法兰(1)、第二法兰(2)的结构。