壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化策略壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化策略本文關(guān)鍵詞：法蘭，壓力容器，優(yōu)化，策略，設(shè)備

壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化策略本文簡(jiǎn)介：摘要：壓力容器設(shè)備和管道以法蘭作為重要的、不可缺少的連接部件，它以Taylor-Waters法為根本標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)法蘭設(shè)計(jì)，非標(biāo)設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)那么主要是以SW6設(shè)計(jì)軟件為主，隨著有限元數(shù)值計(jì)算的不斷進(jìn)步和開(kāi)展，壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)也進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言和VB編輯工具，可以計(jì)算和開(kāi)發(fā)滿

壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)優(yōu)化策略本文內(nèi)容：

摘要：壓力容器設(shè)備和管道以法蘭作為重要的、不可缺少的連接部件，它以Taylor-Waters法為根本標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)法蘭設(shè)計(jì)，非標(biāo)設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)那么主要是以SW6設(shè)計(jì)軟件為主，隨著有限元數(shù)值計(jì)算的不斷進(jìn)步和開(kāi)展，壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)也進(jìn)展了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言和VB編輯工具，可以計(jì)算和開(kāi)發(fā)滿足強(qiáng)度和剛度標(biāo)準(zhǔn)的壓力容器設(shè)備法蘭構(gòu)造尺寸，較好地提升壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)效率。

關(guān)鍵詞：壓力容器設(shè)備；法蘭設(shè)計(jì)；優(yōu)化

壓力容器設(shè)備中的法蘭是重要的構(gòu)成部件，對(duì)于壓力容器設(shè)備的平安穩(wěn)定運(yùn)行有極其親密的聯(lián)絡(luò)和影響，隨著高溫、高壓等高參數(shù)工況及大型壓力容器設(shè)備的廣泛性運(yùn)用，人們?nèi)找骊P(guān)注壓力容器設(shè)備的法蘭構(gòu)造的強(qiáng)度、剛度及密封性能，要充分考慮影響壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)的因素，采用先進(jìn)的有限元法進(jìn)展壓力容器設(shè)備法蘭優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保壓力容器設(shè)備運(yùn)行的平安與穩(wěn)定。

1壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)的有限元法優(yōu)化策略

1.1法蘭構(gòu)造初始設(shè)計(jì)計(jì)算

在建構(gòu)法蘭有限元法模型之前，要首先對(duì)壓力容器設(shè)備的法蘭構(gòu)造進(jìn)展初始設(shè)計(jì)和計(jì)算，法蘭構(gòu)造設(shè)計(jì)主要是指法蘭本體、螺栓及墊片的設(shè)計(jì)，要依循依次設(shè)計(jì)的方法，對(duì)于整體法蘭的應(yīng)力公式主要可以通過(guò)圓筒體、錐頸和環(huán)板三者組成的邊緣問(wèn)題求解得出，其中圓筒體、錐頸、環(huán)板中的任意一個(gè)構(gòu)件的尺寸變化對(duì)于法蘭的剛度都會(huì)產(chǎn)生影響。在這個(gè)法蘭構(gòu)造初始設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程中，主要依循如下流程：選擇墊片——計(jì)算墊片荷載——選擇螺栓——計(jì)算螺栓荷載——確定法蘭尺寸——計(jì)算法蘭設(shè)計(jì)力矩——計(jì)算并校核應(yīng)力和剛度。

1.2建構(gòu)法蘭參數(shù)化有限元分析模型

主要是利用ANSYS15.0有限元數(shù)值分析軟件，建構(gòu)壓力容器設(shè)備法蘭有限元幾何模型，分析法蘭的強(qiáng)度和剛度的有限元數(shù)值?！?〕法蘭幾何構(gòu)造模型壓力容器設(shè)備法蘭幾何構(gòu)造、載荷、約束表現(xiàn)出周期性對(duì)稱的規(guī)律性特點(diǎn)，其構(gòu)造和幾何尺寸參數(shù)如圖1所示。根據(jù)上述法蘭構(gòu)造及其幾何尺寸可以沿周向取整體法的1/2n構(gòu)造、以法蘭密封面為對(duì)稱面，建構(gòu)壓力容器設(shè)備法蘭有限元幾何模型，在這個(gè)幾何模型之中，法蘭錐頸大小端的圓角均為18mm、筒體長(zhǎng)度為SL≥2.5Rts〔R為筒體平均半徑；ts為筒體厚度〕，可以較好地躲避筒體邊緣軸向應(yīng)力對(duì)法蘭應(yīng)力分布的干擾。同時(shí)，法蘭有限元幾何模型省略了螺栓孔校正系數(shù)，而是采用布爾操作對(duì)螺栓螺母采取了整體建模方式?！?〕邊界條件與載荷通過(guò)以圖2所示可以明晰地看到壓力容器設(shè)備法蘭有限元模型的邊界條件與載荷：上圖2中，邊界條件由1-8分別表示為：①法蘭連接的筒體上端部的軸向固定約束；②法蘭及其筒體內(nèi)壁在預(yù)緊工況下的自由邊界及操作工況下的介質(zhì)壓力；③法蘭兩端周期性軸對(duì)稱截面的對(duì)稱約束；④墊片內(nèi)徑與法蘭內(nèi)徑端面在預(yù)緊工況下的自由邊界及操作工況下的介質(zhì)壓力；⑤法蘭密封面在預(yù)緊工況下的預(yù)緊墊片載荷及操作工況下的操作墊片載荷。其載荷大小通過(guò)以下公式計(jì)算：預(yù)緊工況Ha＝πGby/Sg；操作工況Hp＝2πGbmp/Sg。上式之中：b表示墊片有效密封寬度；G表示墊片作用中心圓直徑；Ha表示預(yù)緊工況下單位面積的墊片載荷；Hp代表操作工況下單位面積的墊片載荷；m代表墊片系數(shù)；p代表介質(zhì)壓力；Sg代表墊片總面積；y代表墊片比壓。⑥法蘭及筒體外壁的自由邊界；⑦螺栓根徑的橫載面在預(yù)緊工況及操作工況下的螺栓載荷；⑧螺栓螺母整體構(gòu)造與法蘭接觸端面采用MPC方式連接。

2壓力容器設(shè)備法蘭密封的模塊化設(shè)計(jì)

可以在壓力容器設(shè)備法蘭密封中建構(gòu)以法蘭密封專家系統(tǒng)為主的模塊化設(shè)計(jì)，在優(yōu)選法蘭密封元件的前提下，將法蘭構(gòu)造分為不同的模塊，主要為數(shù)據(jù)維護(hù)與管理、用戶管理、密封設(shè)計(jì)、校核計(jì)算、查詢、解釋、日志等模塊，各模塊之間互相獨(dú)立且互相調(diào)用，它在采用ObjectPascal語(yǔ)言的可視化開(kāi)發(fā)平臺(tái)條件下，以面向?qū)ο蟮姆椒ê头庋b技術(shù)，通過(guò)BDE專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)展操作，封裝DBMS以提升系統(tǒng)的平安可靠性。其中：維護(hù)與管理模塊對(duì)法蘭標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的溫度、壓力、墊片材料、標(biāo)準(zhǔn)尺寸、特性參數(shù)等進(jìn)展分類維護(hù)和管理；用戶管理模塊那么是負(fù)責(zé)用戶的登錄驗(yàn)證、修改操作等；設(shè)計(jì)模塊那么采用推理模塊和校核計(jì)算模塊進(jìn)展法蘭構(gòu)造的一般密封設(shè)計(jì)和特殊密封設(shè)計(jì)；校核計(jì)算模塊那么可以實(shí)現(xiàn)對(duì)法蘭的強(qiáng)度校核、螺栓強(qiáng)度校核、變形控制等；查詢模塊那么重點(diǎn)對(duì)墊片力學(xué)性能、墊片密封性能、實(shí)例庫(kù)等進(jìn)展查詢；解釋模塊那么是對(duì)模型中的疑難問(wèn)題進(jìn)展解答的模塊；日志模塊重點(diǎn)是記錄用戶的登錄時(shí)間、用戶名、口令、追蹤等操作，以確保系統(tǒng)的平安性。

2.1確立初始條件

要在法蘭密封專家系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)中確定相應(yīng)的連接形式和密封面型式，以不同的工況條件為前提，確定不同的壓力等級(jí)和工作溫度，應(yīng)當(dāng)確立以下內(nèi)容的初始條件：壓力容器管道的設(shè)備類型；法蘭對(duì)應(yīng)介質(zhì)的種類；公稱壓力；工作溫度；公稱直徑。

2.2設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)構(gòu)件

采用動(dòng)態(tài)構(gòu)件技術(shù)，進(jìn)展如下步驟的操作：選取壓力容器設(shè)備的類型；選取對(duì)應(yīng)的介質(zhì)種類和壓力等級(jí)；選擇公稱壓力。總之，通過(guò)基于有限元法的優(yōu)化設(shè)計(jì)謀略，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力容器設(shè)備法蘭設(shè)計(jì)的優(yōu)化，應(yīng)用VB編程工具和ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)，使法蘭的強(qiáng)度和剛度符合規(guī)定的要求。

參考文獻(xiàn)：

【1】WATERS法蘭設(shè)計(jì)方法的進(jìn)展與評(píng)述[J].桑如苞,高潔,馮