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一種長頸法蘭及其設(shè)計方法與流程

文檔序號:11854395閱讀:838來源:國知局
一種長頸法蘭及其設(shè)計方法與流程
本發(fā)明涉及用于石油煉制與化工、煤化工、化肥工業(yè)、及其它各種化工、空調(diào)、空冷、電力設(shè)施的承壓設(shè)備(例如:鍋爐、壓力容器、換熱器、壓力管道、儲氣瓶等)開口連接的密封技術(shù),特別適用于高溫高壓工況大開孔長頸法蘭及其設(shè)計方法。
背景技術(shù)
:現(xiàn)有的承壓設(shè)備開口連接的密封技術(shù)中,法蘭螺栓強制密封系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛的一種,法蘭的結(jié)構(gòu)種類很多,包括有平焊法蘭、對焊法蘭、長頸法蘭、寬面法蘭、窄面法蘭、反向法蘭和圓筒形端部、圓錐形端部、凸緣、換熱器管板、盲蓋板,還有松套法蘭等結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)有技術(shù)中典型的法蘭密封副結(jié)構(gòu)如圖1所示,每個法蘭一般是由法蘭盤11、安裝螺栓螺母緊固件的螺栓孔12、頸部13、與承壓殼體對接的端部坡口14和墊片15組成。螺栓穿過上下兩個法蘭的螺栓孔12,螺栓端部上緊螺母,使兩個法蘭的密封面壓緊墊片15,使法蘭內(nèi)部壓力p的介質(zhì)無法通過壓緊墊片15及其與法蘭之間的密封面流竄到法蘭外部。上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)普遍存在的實際問題是,當使法蘭內(nèi)部介質(zhì)的壓力p、溫度T升高或波動時,各種載荷的綜合作用使法蘭產(chǎn)生箭頭所示的張開效應(yīng),密封系統(tǒng)松弛,墊片15沒有足夠的回彈繼續(xù)保持與法蘭密封面的緊密貼合,高溫高壓介質(zhì)通過密封面流竄到法蘭外部,引發(fā)爆炸燃燒事故。由此可見,承壓設(shè)備開口連接的密封技術(shù)是整臺設(shè)備的關(guān)鍵之一。從結(jié)構(gòu)行為層面分析,法蘭內(nèi)部介質(zhì)泄漏的根本原因是:密封系統(tǒng)載荷升高后,法蘭發(fā)生了偏轉(zhuǎn),因為結(jié)構(gòu)沒有足夠的剛性保持原來的形狀與法蘭密封面繼續(xù)緊密貼合。長期以來,人們雖然一直致力于開口連接密封結(jié)構(gòu)的研究,但是主要研究方向在于如何在滿足強度的基礎(chǔ)上盡量減少長頸法蘭成品的重量,從而降低設(shè)備成本。這種思路存在的不足主要表現(xiàn)在:一是以應(yīng)力計算和強度校核為主導,忽略了影響法蘭重量的其他因素,過分強調(diào)充分利用材料強度的滿應(yīng)力原則,也沒有限定法蘭的外形尺寸;二是簡單化地把法蘭成品重量的大小與法蘭的價錢掛鉤,而現(xiàn)實是法蘭的價錢與法蘭毛坯重量及其加工成成品的機加工量兩個因素關(guān)聯(lián)。隨著裝置的大型化、環(huán)境保護意識的增強,油品質(zhì)量的提升需要采取更高溫高壓下的工藝,裝置中起緩沖和儲備作用的壓力容器減少,反應(yīng)器和換熱器等核心設(shè)備的操作難度增大,經(jīng)常直接受到流體介質(zhì)壓力和溫度的波動沖擊,原有的設(shè)備開口密封結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)新形勢的工藝和管理要求,由此可見,針對量大且面廣的法蘭強制式密封結(jié)構(gòu),結(jié)合存在的問題進行改進,研發(fā)一種密封可靠性好、加強密封功能,且結(jié)構(gòu)簡單、裝卸效率高且成本不增加的長頸法蘭,在工程
技術(shù)領(lǐng)域
具有極為深遠和重大的意義。技術(shù)實現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的之一在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種結(jié)構(gòu)簡單并能夠提高剛性且密封性能高效的長頸法蘭。同時本發(fā)明之二在于提供一種提供法蘭剛度保證高效密封性能的長頸法蘭設(shè)計方法。本發(fā)明的目的之一通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種長頸法蘭,其包括法蘭環(huán)、一體連接于法蘭環(huán)上側(cè)的錐頸、與錐頸頂端一體連接的端部坡口、設(shè)于法蘭環(huán)底面的密封凸臺、縱向貫通長頸法蘭的內(nèi)通孔,錐頸的圓錐面與法蘭環(huán)的相交線向外越過法蘭螺母旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)邊緣。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述錐頸大端設(shè)有豎向直身段。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述錐頸大端直徑與法蘭環(huán)直徑相同。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述錐頸設(shè)有多個可容納螺母并與螺母外形適配的沉槽。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述法蘭環(huán)設(shè)有多個垂直于底面并開口于底面的螺紋孔,所述螺紋孔是螺紋盲孔或螺紋通孔。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述內(nèi)通孔具有整體式縮口圓錐面或局部的縮口圓錐面;所述縮口圓錐面為單向或雙向。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述內(nèi)通孔內(nèi)壁面或/和錐頸外壁面設(shè)有徑向延伸的加強筋。作為一種長頸法蘭的技術(shù)方案的改進:所述加強筋高度突出于所述端部坡口的頂端面。本發(fā)明的目的之二通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種長頸法蘭設(shè)計方法,用于承壓設(shè)備部件大直徑開口處連接法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計,在設(shè)計過程中,依據(jù)法蘭設(shè)計的最小載荷原則和滿應(yīng)力原則,按標準選用成品法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸或按強度公式計算校核所設(shè)計的合格法蘭尺寸,確定法蘭的外形尺寸;再按軸向應(yīng)力更小的原則協(xié)調(diào)增加錐頸大端的徑向厚度和法蘭環(huán)的徑向厚度,或者在確定法蘭外徑的基礎(chǔ)上再增加錐頸大端的徑向厚度,或者保持法蘭毛坯矩形橫截面的寬度和高度不變而增加錐頸大端的徑向厚度。作為一種長頸法蘭設(shè)計方法的技術(shù)方案的改進:在錐頸的外側(cè)預留扳手旋轉(zhuǎn)空間或使用免扳手工藝;所述免扳手工藝包括設(shè)置下沉鑲嵌式螺母槽取代扳手,或在法蘭盤原螺栓穿孔位置對應(yīng)設(shè)置軸向螺紋孔。本發(fā)明的有益效果在于:一種長頸法蘭,其包括法蘭環(huán)、一體連接于法蘭環(huán)上側(cè)的錐頸、與錐頸頂端一體連接的端部坡口、設(shè)于法蘭環(huán)底面的密封凸臺、縱向貫通長頸法蘭的內(nèi)通孔,錐頸的圓錐面與法蘭環(huán)的相交線向外越過法蘭螺母旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)邊緣,即錐頸的圓錐面與法蘭環(huán)的相交線距離法蘭環(huán)的外環(huán)面小于法蘭螺母旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)邊緣軌跡與法蘭環(huán)外環(huán)面的距離,使得錐頸部分更加粗壯,使得法蘭本體的剛性得到提高,然后改進緊固件的安裝,也即在滿足強度的基礎(chǔ)上提高法蘭的剛度,從而提高法蘭密封的可靠性。本發(fā)明的長頸法蘭設(shè)計方法,用于承壓設(shè)備部件大直徑開口連接法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過調(diào)整尺寸,改善結(jié)構(gòu),同時對設(shè)計順序進行改進,形成等一系列技術(shù)對策。在法蘭的設(shè)計過程中,依據(jù)法蘭設(shè)計的最小載荷原則和滿應(yīng)力原則,按標準選用成品法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸或按強度公式計算校核所設(shè)計的合格法蘭尺寸,確定法蘭的外形尺寸;再按軸向應(yīng)力更小的原則協(xié)調(diào)增加錐頸大端的徑向厚度和法蘭環(huán)的徑向厚度,或者在確定法蘭外徑的基礎(chǔ)上再增加錐頸大端的徑向厚度,或者保持法蘭毛坯矩形橫截面的寬度和高度不變而增加錐頸大端的徑向厚度。設(shè)計過程改進緊固件的安裝方式,使得錐頸部分更加粗壯,使得法蘭本體的剛性得到提高,也即在滿足強度的基礎(chǔ)上提高法蘭的剛度,從而提高法蘭密封的可靠性。與傳統(tǒng)法蘭設(shè)計中在滿足強度的基礎(chǔ)上盡量減少法蘭成品重量的成本理念相比,本發(fā)明采用的高剛度調(diào)整法只需利用原有的設(shè)計軟件再次運算,設(shè)計簡便,雖然設(shè)計的法蘭成品重量有所增加,但是法蘭毛坯的重量不會增加,而且把毛坯加工成成品的車削量反而減少,不會增加法蘭的制造成本,更加充分利用材料資源,密封可靠性高的法蘭有利于石油化工裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行,社會效益明顯。附圖說明利用附圖對本發(fā)明作進一步說明,但附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的長頸法蘭的典型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第三種結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第四種結(jié)構(gòu)示意圖。圖6和圖7是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第五種結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第六種結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第七種結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第八種結(jié)構(gòu)示意圖。圖11和圖12是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第九種結(jié)構(gòu)示意圖。圖13和圖14是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第十種結(jié)構(gòu)示意圖。圖15是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第十一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖16是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第十二種結(jié)構(gòu)示意圖。圖17是本發(fā)明的一種長頸法蘭的第十三種結(jié)構(gòu)示意圖。在上述附圖中包括有:11——法蘭盤、12——螺栓孔、13——頸部、14——端部坡口、15——墊片,16——密封面凸臺、17——螺母支承墊、18——內(nèi)壁局部高度圓錐面、19——內(nèi)壁整體高度圓錐面、20——縮口雙錐面、21——內(nèi)加強筋、22——圓筒體、23——外加強筋、24——下沉式螺母支承面、25——螺紋盲孔、26——盲板蓋或換熱器管板、27——螺母、28——螺栓、29——密封墊片、30——螺紋通孔。P——承壓設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的壓力,Do——法蘭外徑,Di——法蘭內(nèi)徑,δ1——法蘭錐頸大端厚度,δ′1——法蘭錐頸大端增厚后的厚度,δ0——法蘭錐頸小端厚度,M——法蘭外力矩,[σ]——法蘭材料設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力,h——法蘭錐頸高度,δf——法蘭盤的厚度,δ′f——法蘭盤增厚后的厚度。x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2、z3都是長頸法蘭上各種法蘭頸大端與法蘭環(huán)結(jié)構(gòu)上的交點。具體實施方式參考圖2~圖5所示,圖中展示了本發(fā)明的一種長頸法蘭,其包括法蘭環(huán)、一體連接于法蘭環(huán)上側(cè)的錐頸、與錐頸頂端一體連接的端部坡口、設(shè)于法蘭環(huán)底面的密封凸臺、縱向貫通長頸法蘭的內(nèi)通孔,錐頸的圓錐面與法蘭環(huán)的相交線向外越過法蘭螺母旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)邊緣,即錐頸的圓錐面與法蘭環(huán)的相交線距離法蘭環(huán)的外環(huán)面小于法蘭螺母旋轉(zhuǎn)的內(nèi)側(cè)邊緣軌跡與法蘭環(huán)外環(huán)面的距離,使得錐頸部分更加粗壯,使得法蘭本體的剛性得到提高,然后改進緊固件的安裝,也即在滿足強度的基礎(chǔ)上提高法蘭的剛度,從而提高法蘭密封的可靠性。本發(fā)明同時通孔了一種長頸法蘭設(shè)計方法,用于承壓設(shè)備部件大直徑開口處連接法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過調(diào)整尺寸,改善結(jié)構(gòu),同時對設(shè)計順序進行改進,形成等一系列技術(shù)對策。在法蘭的設(shè)計過程中,依據(jù)法蘭設(shè)計的最小載荷原則和滿應(yīng)力原則,按標準選用成品法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸或按強度公式計算校核所設(shè)計的合格法蘭尺寸,確定法蘭的外形尺寸;再按軸向應(yīng)力更小的原則協(xié)調(diào)增加錐頸大端的徑向厚度和法蘭環(huán)的徑向厚度,或者在確定法蘭外徑的基礎(chǔ)上再增加錐頸大端的徑向厚度,或者保持法蘭毛坯矩形橫截面的寬度和高度不變而增加錐頸大端的徑向厚度。通過調(diào)整尺寸,改善結(jié)構(gòu),同時對設(shè)計順序進行改進,形成等一系列技術(shù)對策。設(shè)計過程改進緊固件的安裝方式,使得錐頸部分更加粗壯,使得法蘭本體的剛性得到提高,也即在滿足強度的基礎(chǔ)上提高法蘭的剛度,從而提高法蘭密封的可靠性。與傳統(tǒng)法蘭設(shè)計中在滿足強度的基礎(chǔ)上盡量減少法蘭成品重量的成本理念相比,本發(fā)明采用的高剛度調(diào)整法只需利用原有的設(shè)計軟件再次運算,設(shè)計簡便,雖然設(shè)計的法蘭成品重量有所增加,但是法蘭毛坯的重量不會增加,而且把毛坯加工成成品的車削量反而減少,不會增加法蘭的制造成本,更加充分利用材料資源,密封可靠性高的法蘭有利于石油化工裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行,社會效益明顯。進一步地,在錐頸的外側(cè)預留扳手旋轉(zhuǎn)空間或使用免扳手工藝;所述免扳手工藝包括設(shè)置下沉鑲嵌式螺母槽取代扳手,或在法蘭盤原螺栓穿孔位置對應(yīng)設(shè)置軸向螺紋孔。以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1本發(fā)明的一種長頸法蘭設(shè)計方法的具體實施方式之一,用于承壓設(shè)備部件開口之間連接的密封結(jié)構(gòu),長頸法蘭的結(jié)構(gòu)參考圖2所示,包括11——法蘭盤(即是法蘭環(huán))、12——螺栓孔、13——頸部、14——端部坡口、16——密封凸臺。本發(fā)明的設(shè)計步驟如下:(1)影響毛坯重量的主要結(jié)構(gòu)尺寸分析。參考圖2,其端部坡口14是與圓筒體組焊的必需結(jié)構(gòu),密封凸臺16是與墊片裝配的必需結(jié)構(gòu),因此,法蘭毛坯截面范圍如圖中右半側(cè)的矩形虛線所示,毛坯截面的寬度約為法蘭外徑Do與法蘭內(nèi)徑Di之差的一半,即0.5(Do-Di),法蘭內(nèi)徑Di是與圓筒體組焊的必需結(jié)構(gòu),法蘭外徑Do主要通過墊片設(shè)計和螺栓的布置來決定,因此,不考慮端部坡口14和余留的機加工余量等因素的話,環(huán)形毛坯重量橫截基本面積A為寬與高相乘A=0.5(Do-Di)(h+δf)(1)環(huán)形毛坯截面中心直徑D=Di+0.5(Do-Di)=0.5(Do+Di)(2)環(huán)形毛坯基本體格V=0.5π(Do+Di)×A=0.5π(Do+Di)×0.5(Do-Di)(h+δf)=0.25π(Do2-Di2)(h+δf)---(3)]]>環(huán)形毛坯基本重量等于環(huán)形毛坯基本體格與鋼材比重的乘積。綜合前面和式(3)的分析,影響毛坯重量的主要結(jié)構(gòu)尺寸是毛坯寬度中的法蘭外徑Do,毛坯截面的高度中的法蘭錐頸高度h和法蘭盤的厚度δf(法蘭的有效厚度)等三個尺寸。(2)法蘭錐頸大端厚度δ1設(shè)計。在按GB150.3-2011《壓力容器》中表7-5整體法蘭計算表設(shè)計時,沒有給出法蘭錐頸大端厚度的設(shè)計指引,這里引入《化工容器及設(shè)備》(余國琮,化學工業(yè)出版社,1980)中的式(5-46)計算:δ1=7MDi[σ]---(4)]]>其中,以調(diào)整尺寸為主要內(nèi)容,式中,δ1是法蘭錐頸大端厚度,mm;M是法蘭外力矩,N·mm;Di是法蘭內(nèi)徑,mm;[σ]是法蘭材料設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力,MPa。(3)法蘭外徑Do設(shè)計。傳統(tǒng)的設(shè)計觀念是“先厚度δ1再外徑Do”的設(shè)計。在法蘭錐頸大端厚度δ1已確定的前提下,法蘭外徑Do主要通過墊片設(shè)計和螺栓的布置來決定,其中包含了法蘭所受力矩的最小載荷設(shè)計原則,也就是墊片材料選擇及墊片結(jié)構(gòu)設(shè)計要使墊片所需的密封壓力要盡可能小,而螺栓的布置要使法蘭環(huán)所受作用力的力臂要盡可能短。(4)按傳統(tǒng)的標準方法校核應(yīng)力。設(shè)計法蘭錐頸高度h可按GB150.3-2011《壓力容器》中表7-5整體法蘭計算表中的公式:h≥1.5δ0可先取等號再經(jīng)后續(xù)計算驗證。式中,h是法蘭錐頸高度,mm;δ0是法蘭錐頸小端厚度,mm,是與圓筒體組焊的必需結(jié)構(gòu),一般取與圓筒體等壁厚。法蘭盤的厚度δf則采用先假設(shè),后經(jīng)應(yīng)力計算來驗證,使法蘭的軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力以及它們的組合應(yīng)力分別滿足許用應(yīng)力的要求,并經(jīng)過調(diào)整使各項應(yīng)力接近各自的許用應(yīng)力,以實現(xiàn)滿應(yīng)力設(shè)計。(5)按傳統(tǒng)方法判斷法蘭錐頸結(jié)構(gòu)。計算(δ1-δ0)/h,是否大于1﹕3。否則,增調(diào)δ1。即便略大于1﹕3,也可嘗試增調(diào)δ1。(6)協(xié)調(diào)法蘭錐頸結(jié)構(gòu)一。增調(diào)δ1為δ′1后,法蘭錐頸大端與法蘭盤的交點由原來的y1移到y(tǒng)2點,這會妨礙緊固螺母和上緊扳手的旋轉(zhuǎn),因此應(yīng)調(diào)整法蘭盤的厚度δf增加為δ′f,使調(diào)整后法蘭錐頸大端與法蘭盤的交點變?yōu)閥3,保持原有的扳手空間。此處提出了設(shè)計方法的創(chuàng)新。重新對調(diào)整尺寸后的法蘭進行應(yīng)力計算校核,使法蘭的軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力以及它們的組合應(yīng)力分別滿足許用應(yīng)力的要求,但是不一定要使各項應(yīng)力接近各自的許用應(yīng)力,不再強求滿應(yīng)力設(shè)計。此外,借助上述設(shè)計方法,可以設(shè)計出本發(fā)明的一種剛性更佳的長頸法蘭,該長頸法蘭通過實施例4及其后的實施例對其結(jié)構(gòu)作進一步改進。實施例2本發(fā)明的一種長頸法蘭設(shè)計方法的具體實施方式之二,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。參考圖3所示,本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,增調(diào)法蘭盤的厚度δf增加為δ′f后,法蘭錐頸大端與法蘭盤的交點由原來的x1移到x2點,這會妨礙緊固螺母和上緊扳手的旋轉(zhuǎn),因此應(yīng)調(diào)整法蘭錐頸大端δ1為δ′1,使調(diào)整后法蘭錐頸大端與法蘭盤的交點變?yōu)閤3,保持原有的扳手空間,是設(shè)計方法的一種創(chuàng)新。重新對調(diào)整尺寸后的法蘭進行應(yīng)力計算校核,使法蘭的軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力以及它們的組合應(yīng)力分別滿足許用應(yīng)力的要求,但是不一定要使各項應(yīng)力接近各自的許用應(yīng)力,不再強求滿應(yīng)力設(shè)計。實施例3本發(fā)明的一種長頸法蘭設(shè)計方法的具體實施方式之三,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。參考圖4所示,本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,初步設(shè)計法蘭錐頸大端與法蘭盤的交點為z1,法蘭環(huán)毛坯橫截面的外環(huán)面頂角為z2,沿著z1z2線把z1移至z3,使法蘭錐頸大端由δ1增加為δ′1的同時,法蘭盤的軸向厚度由δf增加為δ′f,這有可能無法保持原有的扳手空間,會妨礙緊固螺母和上緊扳手的旋轉(zhuǎn),可通過單頭螺栓解決問題,單頭螺栓的螺栓頭部與支承面配合后不需要旋轉(zhuǎn),不需要大的旋轉(zhuǎn)空間和扳手空間。這是設(shè)計方法的另一種創(chuàng)新。重新對調(diào)整尺寸后的法蘭進行應(yīng)力計算校核,使法蘭的軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力以及它們的組合應(yīng)力分別滿足許用應(yīng)力的要求,但是不一定要使各項應(yīng)力接近各自的許用應(yīng)力,不再強求滿應(yīng)力設(shè)計。實施例4本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之二,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖5所示,法蘭環(huán)是一個帶有臺階的圓環(huán),即錐頸大端設(shè)有豎向直身段,法蘭錐頸大端與外徑較小的法蘭環(huán)等寬度相接于z3,外徑較大的法蘭環(huán)作為螺栓的支承墊。法蘭盤的厚度由δf增加為δ′f,而法蘭錐頸大端δ1不變,保持原有的扳手空間。這是改善結(jié)構(gòu)為主要內(nèi)容的另一個設(shè)計創(chuàng)新。實施例5本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之三,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,所述法蘭螺栓孔配有螺母支承墊。其中:所述法蘭螺栓孔配有螺母支承墊。如圖6所示的支承墊是每個螺栓孔都單獨配置一個支承墊,支承墊的俯視圖見圖7,該支承墊俯視圖外形是矩形的,其外形也可以設(shè)計成圓形的,還可以把各個螺栓孔的支承墊化零為整設(shè)計成相互連接成一個整圓的。實施例6本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之四,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖15所示;所述法蘭錐頸大端和法蘭環(huán)等寬度,即所述錐頸大端直徑與法蘭環(huán)直徑相同,并且所述錐頸設(shè)有多個可容納螺母并與螺母外形適配的沉槽,即在法蘭錐頸上設(shè)計下凹式螺母支承面24,下凹的最淺深度等于螺母的厚度,下凹的寬度等于螺母的寬度,利用下凹部位的壁面作為呆扳手。該結(jié)構(gòu)最大程度放大了法蘭錐頸大端的寬度,保留更多的原材料,所取得的強度和剛度顯著提高。該結(jié)構(gòu)適用于與盲板蓋或換熱器管板26相配合的結(jié)構(gòu),其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行,其制造要保證螺母支承面與法蘭密封面平行,缺點之二也是下凹部位底部的螺母支承面加工困難,要采用銑削機加工工藝。同時,作為本發(fā)明的長頸法蘭設(shè)計方法的另一創(chuàng)新就是對傳統(tǒng)設(shè)計觀念的改進,與實施例1中(3)傳統(tǒng)的“先厚度δ1再外徑Do”的設(shè)計觀念存在區(qū)別,采用“先外徑Do再厚度δ1”的順序倒置設(shè)計新理念。主要結(jié)合內(nèi)徑和墊片設(shè)計以及螺栓的布置來先決定一個法蘭外徑Do,然后再反過來校核確定法蘭錐頸大端厚度δ1,如果按傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法滿足要求,則通過法蘭錐頸大端和法蘭環(huán)等寬度的新結(jié)構(gòu)來解決問題,具體創(chuàng)新之處分別在實施例6、實施例7、實施例8中體現(xiàn)。與調(diào)整尺寸及改善結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新方法相比,此處的設(shè)計方法創(chuàng)新中已同時包含有設(shè)計順序的理念創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。實施例7本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之五,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖16所示,所述法蘭錐頸大端和法蘭環(huán)等寬度,并且在法蘭錐頸上設(shè)計螺紋盲孔25,螺紋的深度不小于螺母的厚度;即所述法蘭環(huán)設(shè)有多個垂直于底面并開口于底面的螺紋孔,所述螺紋孔是螺紋盲孔,并采用單頭螺栓一端旋接與該螺紋盲孔。該結(jié)構(gòu)最大程度放大了法蘭錐頸大端的寬度,保留最多的原材料,所取得的強度和剛度最大化。該結(jié)構(gòu)適用于與盲板蓋或換熱器管板26相配合的結(jié)構(gòu),其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行,其制造過程需要保證螺紋孔中心線與法蘭密封面垂直。盲板蓋或換熱器管板26通過螺栓28和螺母27鎖定連接于法蘭盤11,并通過密封墊片29實現(xiàn)與密封面凸臺16之間密封對接。實施例8本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之六,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖17所示;所述法蘭錐頸大端和法蘭環(huán)等寬度,并且在法蘭錐頸上設(shè)計螺紋通孔30,螺紋的深度不小于螺母的厚度,即所述法蘭環(huán)設(shè)有多個垂直于底面并開口于底面的螺紋孔,所述螺紋孔是螺紋通孔,并采用單頭螺栓一端旋接與該螺紋通孔。該結(jié)構(gòu)最大程度放大了法蘭錐頸大端的寬度,保留較多的原材料,所取得的強度和剛度最大化。該結(jié)構(gòu)適用于與盲板蓋或換熱器管板26相配合的結(jié)構(gòu),其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行,其制造關(guān)鍵是要保證螺紋孔中心線與法蘭密封面垂直。進一步地,所述內(nèi)通孔具有整體式縮口圓錐面或局部的縮口圓錐面;所述縮口圓錐面為單向或雙向??s口圓錐面是開口處向中段位置逐漸縮小的圓錐面。單向縮口圓錐面設(shè)于錐頸小端或圓錐面大端位于內(nèi)通孔頂端,可以是局部,也可以是內(nèi)通孔整體內(nèi)壁面。另一種形式是內(nèi)通孔兩端開口雙向設(shè)有縮口圓錐面,均為開口處直徑大,并向內(nèi)逐漸縮?。豢梢灾虚g具有直身段。具體實施例如實施例9和10。實施例9本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之七,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,所述法蘭內(nèi)圓壁面帶有縮口圓錐面??s口圓錐面相當于從內(nèi)壁方向增加法蘭頸大端的厚度,內(nèi)壁局部高度圓錐面18結(jié)構(gòu)如圖8所示,內(nèi)壁整體高度圓錐面19結(jié)構(gòu)如圖9所示??s口圓錐面也可以設(shè)計成縮口段和非縮口段圓滑過渡的弧面或曲線面。這種內(nèi)壁直徑變化的法蘭其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行。其雖然增加毛坯的重量,但是與擴大外徑或增加高度相比,該方法論所增加的毛坯重量相對較少。該種內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的法蘭可應(yīng)用于大型換熱器的管箱。實施例10本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之八,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖10所示,所述法蘭內(nèi)圓壁面帶有縮口雙錐面20。縮口圓錐面相當于從內(nèi)壁方向增加法蘭頸大端的厚度。由于內(nèi)壓作用下法蘭環(huán)的偏轉(zhuǎn)使得厚度靠近錐頸的部分直徑增大而受到拉應(yīng)力作用,而厚度靠近法蘭口密封面的部分直徑縮小而受到壓應(yīng)力作用,因此,法蘭口拐角處設(shè)計成喇叭口也是一種合理的結(jié)構(gòu)??s口圓錐面也可以設(shè)計成縮口段和非縮口段圓滑過渡的弧面或曲線面。這種內(nèi)壁直徑變化的法蘭其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行。該種內(nèi)壁結(jié)構(gòu)的法蘭可應(yīng)用于大型換熱器的管箱。進一步地,所述內(nèi)通孔內(nèi)壁面或/和錐頸外壁面設(shè)有徑向延伸的加強筋。具體參考實施例11和實施例12。實施例11本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之九,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖11和圖12所示,所述法蘭內(nèi)圓壁面設(shè)置有軸向加強筋。所述加強筋高度突出于所述端部坡口的頂端面。內(nèi)加強筋可延伸至與法蘭組焊的圓筒體段,內(nèi)加強筋與法蘭及圓筒體22內(nèi)壁組焊可提高法蘭錐頸13和法蘭環(huán)11的抗轉(zhuǎn)動剛度,內(nèi)加強筋21等效折算為法蘭及圓筒體22內(nèi)壁的壁厚增加,對于大直徑法蘭可以相對較少的內(nèi)筋板金屬取得較好的強度和剛度效果,避免法蘭毛坯重量的明顯增加。這種內(nèi)壁帶加強筋的法蘭可應(yīng)用于大型換熱器的管箱,其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行,其尺寸大小不應(yīng)阻礙人員進出內(nèi)部檢修,其材料應(yīng)具有可焊性并容易施焊,還要避免介質(zhì)腐蝕,其原料可由各種鋼板邊角料拼合而成。內(nèi)加強筋與法蘭及圓筒體內(nèi)壁的組焊應(yīng)通過筋板開坡口全焊透,以免開口縫隙引起腐蝕,閉口縫隙內(nèi)的氣體受操作熱膨脹引起附加應(yīng)力。如果內(nèi)加強筋組焊后需要進行消除焊接應(yīng)力熱處理,則法蘭的密封面應(yīng)在該熱處理后再精加工。內(nèi)壁加強筋會減少法蘭內(nèi)的流通面積,但是這對于大直徑法蘭連接的流通效果影響很小,當流體經(jīng)過這些筋板之后,很快就會恢復原來的流通面積和流速。實施例12本發(fā)明的一種長頸法蘭的具體實施方式之十,本實施例的主要技術(shù)方案與實施例1相同,在本實施例中未解釋的特征,采用實施例1中的解釋,在此不再進行贅述。本實施例與實施例1的區(qū)別在于,具體的,如圖13和圖14所示,所述法蘭錐頸段外壁面設(shè)置有縱向加強筋,即外加強筋23。外加強筋23可延伸至與法蘭組焊的圓筒體段,外加強筋23與法蘭及圓筒體內(nèi)壁組焊可提高法蘭錐頸13和法蘭環(huán)11的抗轉(zhuǎn)動剛度,外加強筋23等效折算為法蘭及圓筒體內(nèi)壁的壁厚增加,對于大直徑法蘭可以相對較少的外筋板金屬取得較好的強度和剛度效果,避免法蘭毛坯重量的明顯增加。這種帶外加強筋23的法蘭其設(shè)計宜采用有限元分析方法進行,其尺寸大小不應(yīng)阻礙螺栓螺母緊固件的裝拆,其材料具有可焊性并容易施焊即可。外加強筋與法蘭及圓筒體外壁的組焊不必開坡口全焊透,只需定位焊即可,但是焊縫應(yīng)留有開口,以免閉口縫隙內(nèi)的氣體受操作熱膨脹引起附加應(yīng)力。最后應(yīng)當說明的是,以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對本發(fā)明保護范圍的限制,盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細地說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。當前第1頁1 2 3 
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