压力容器快开门法兰的接触分析
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杜 四宏 ，秦 富友
（． １ 中国核电工程有 限公 司郑州分公司 ，河南 郑州 ， ０ ５ ； ． ４ ０ ２ ２ 河南省化工压力容器检测 中心站 ，河南 郑州 ４ ０ ０ ５ ５０ ０） 摘 要： 通过接触单元来数值模拟压力容器快开门法兰 的接触过程 ，得到了其受力特性和应力分布规律 ，并对
第 ４ 卷 第 ４期 １
２１ ０ ２年 ４ 月
化
工
技
术
与
开
发
Ｖｏ． １ ４ｌ
Ｎｏ４ ．
Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ＆ Ｄｅ ｅ ｏ ｃ ｏｏ ｙ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｆＣｈ ｍｉ ａ ｎ ｕｓｒ ｎ ｅ ｃ ｌＩ ｄ ｔｙ ｏ
Ａｐ ．０１ ｒ２ ２
压力 容器快 开 门法 兰 的接触分 析
型锅等 。带平封头的齿啮式快开装置主要用于高
压 、 高压场 合 ， 超 针对此 类装 置 ， 本 制定 了标 准 ＪＳ １ ３ Ｉ
Ｂ ２ ４ １９ 压力容器快速开关盖装置 》我国也颁 ８８— ９ ３《 ，
布 了相 一致 的化工行 业 标准 】 凸形 封头 的齿 啮 。带
式快开容器主要用于中、 低压场合 ， 工作压力一般在 ０ ～ ． Ｐ 之间 ， ．６Ｍ ａ ８ ４ 工作温度一般在 ２０Ｃ ０ ＂左右 ， 迄今 为 止还 没有 该类 装置 的设计 规 范可供 选用 ［。 ２ 】
齿 啮式快 开装 置沿快 开装 置 的圆周 方 向加 工 出 均 布 的齿 ， 过 将 顶 盖 法 兰旋 转 某 一 角 度 ， 现 顶 通 实
１ 有 限元分析模型
蒸 压 釜 快 开装 置 的结 构 一般 由 凸形顶 盖 （ 冠 球 形封 头 ）釜盖法 兰 、 、 Ｏ型密 封 圈 、 釜体 、 釜体 法 兰 、 开 盖起 吊装 置和安 全联 锁装置 等组 成 。凸形顶 盖 与上
其危险截面进行了强度评定和疲劳分析 。工程实践表明，按该方法设计 的法兰满足结构强度和寿命要求 。
关键词 ： 快开门法兰； 有限元分析； 接触 中图分类号： Ｑ０５８１ Ｔ ～ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ １ ９ ５ ０２ ４０ ４．４ １７ － ０ （ １） －０８０ ９ ２ ０
标面 ， 下法 兰齿 面定 义 为接触 面 。 对 于接 触 模 型 ， 需 要 给 出接 触 对 的其 他 两 个 还
温 下 ２ Ｒ钢 板 和 １Ｍ ｌ锻 件 的许 用 应 力 分 别 取 ０ ６ ｎＩ １３ ａ １０ ａ 设 计 温度 下 两 种材 料 的许 用应 ３ＭＰ 和 ５ ＭＰ ； 力 分 别 取 １２ ａ和 １７ ａ 按 照 Ｊ４ ３ —９ ５ ３ＭＰ ４ ＭＰ 。 Ｂ ７２ １９
在 工 作 压力 下 ， 啮 式 快开 压 力容 器 的齿 与齿 齿 之 间的 接触 面 不 仅相 互 挤 压 而且 相对 滑 动 ， 接触 状 态 随着 加 载过 程 而 变化 ， 触 面上 的应 力难 以事先 接 确 定 。 因此 ， 虑 齿 与齿 之 间 的接 触 问题 符 合 容器 考
的 实 际 状 况 。Ａ Ｓ Ｓ软 件 提供 了强 大 的接 触 处 理 ＮＹ
１ 球 冠 形 封 头 ２ 釜 盖 法 兰 ３ 釜 体 法 兰 ４． 封 槽 ． ． ． 密 ５ 釜体 ．
图 １ 带球冠 形封 头 的齿啮 式快 开装 置
功能 ， 持 多种 接 触方 式 兰之 间采用对 接焊 结构 ， 在下 法兰 上加工 密封 槽 ，
盖法 兰齿与简体法兰齿之间的啮合和错开 ， 从而达
到快 速开 关 的 目的。它 具 有启 闭快 、 压能 力 强 等 承
优点 ， 在需 要 频 繁 开关 盖 的压 力 容器 中得 到 了广 泛
的应用 ， 如化工行业 中用 到的硫化罐 和蒸压 釜， 医
制造 成本
作者 简 介 ： 四宏 （ ９２ ） 杜 １８． ，男 ，工 程师 ，主要从 事 核 电设备 与 管道 的应 力分 析 ，通讯 地 址 ： 河南 省郑 州 市中原 东路 ９ 号 中 国核 ６ 电工程 有 限公 司郑州 分公 司核 电工 艺设计 所力 学室 收稿 日期 ： ０ ２Ｏ．４ ２ １．１ ０
和点 一点接触 。 】
１１ 设计 参数 ．
蒸 压 釜 釜 体 和 球 冠 形 封 头 的 材 料 为 ２Ｒ钢 ０
板 ； 、 法 兰 的材 料 为 １Ｍｎ Ｉ 锻 件 。 设 计 压 力 上 下 ６ Ｉ
本 文通 过 接触 单元 来数值 模 拟啮合 齿 的接触 过
程， 建立了齿啮式快开容器的整体有限元分析模型，
对 某 蒸压 釜 中带 凸形封 头 的齿 啮式快 开法 兰进行 了
１ ＭＰ ， 直 径 ２ ０ｍｍ； 计 疲 劳 寿 命 为 １５次 ； ． ａ内 ２ ００ 设 ０
设计温度 １０ 介质为水蒸汽。 ５ｏ Ｃ；
该蒸 压釜 总体设 计属 常规 设计 ， Ｇ １０ １９ 按 Ｂ ５ —９ ８ 命分析 。工程实践表明， 按该方法设计的快门法兰 《 钢制压力容器 》 进行。上 、 下法兰的强度计算采用 不仅能满足强度和寿命要求 ， 而且能减轻重量 ， 降低 有 限元 法 进 行 ， 定 方 法 按 Ｊ４ ３ —９ ５《 制 压 评 Ｂ ７２ １９ 钢
有限元接触分析 ， 并对其进行 了强度评定和疲劳寿
第 ４期
杜 四宏 等 ：压力 容器 快开 门法 兰 的接触 分析
４ ９
力容器——分析设计标准 》 进行。因此 ， 许用应力
仍 按 Ｇ １０中的相 关标 准选 取 。 Ｂ５
面， 可以减少不能识别的穿透。对于柔性体 一柔性
体 的接触 ， 通过使接触点数达到最大可以获得最好 按 Ｇ １０ １９ 钢制 压 力 容 器 》 Ｂ ５ —９ ８《 的规 定 ， 常 的精度 ， 依据相关原则 ， 本文将上法兰齿面定义为 目
药 行业 中用 到 的杀 菌 锅 ， 纺织 行 业 中用 到 的蒸 汽 定
通过孔与简体 内部相通从而实现上 、 下法兰间的 自
紧 密封 。釜盖法 兰 和釜体 法 兰在 圆周 方 向上有 均匀 分 布且 可 相 互 配合 的 ４ 啮合 齿 。釜盖 法 兰 和釜 ０个 体法 兰 的啮合 结构 如 图 １ 所示 。
（． １ 中国核电工程有 限公 司郑州分公司 ，河南 郑州 ， ０ ５ ； ． ４ ０ ２ ２ 河南省化工压力容器检测 中心站 ，河南 郑州 ４ ０ ０ ５ ５０ ０） 摘 要： 通过接触单元来数值模拟压力容器快开门法兰 的接触过程 ，得到了其受力特性和应力分布规律 ，并对
第 ４ 卷 第 ４期 １
２１ ０ ２年 ４ 月
化
工
技
术
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发
Ｖｏ． １ ４ｌ
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Ａｐ ．０１ ｒ２ ２
压力 容器快 开 门法 兰 的接触分 析
型锅等 。带平封头的齿啮式快开装置主要用于高
压 、 高压场 合 ， 超 针对此 类装 置 ， 本 制定 了标 准 ＪＳ １ ３ Ｉ
Ｂ ２ ４ １９ 压力容器快速开关盖装置 》我国也颁 ８８— ９ ３《 ，
布 了相 一致 的化工行 业 标准 】 凸形 封头 的齿 啮 。带
式快开容器主要用于中、 低压场合 ， 工作压力一般在 ０ ～ ． Ｐ 之间 ， ．６Ｍ ａ ８ ４ 工作温度一般在 ２０Ｃ ０ ＂左右 ， 迄今 为 止还 没有 该类 装置 的设计 规 范可供 选用 ［。 ２ 】
齿 啮式快 开装 置沿快 开装 置 的圆周 方 向加 工 出 均 布 的齿 ， 过 将 顶 盖 法 兰旋 转 某 一 角 度 ， 现 顶 通 实
１ 有 限元分析模型
蒸 压 釜 快 开装 置 的结 构 一般 由 凸形顶 盖 （ 冠 球 形封 头 ）釜盖法 兰 、 、 Ｏ型密 封 圈 、 釜体 、 釜体 法 兰 、 开 盖起 吊装 置和安 全联 锁装置 等组 成 。凸形顶 盖 与上
其危险截面进行了强度评定和疲劳分析 。工程实践表明，按该方法设计 的法兰满足结构强度和寿命要求 。
关键词 ： 快开门法兰； 有限元分析； 接触 中图分类号： Ｑ０５８１ Ｔ ～ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ １ ９ ５ ０２ ４０ ４．４ １７ － ０ （ １） －０８０ ９ ２ ０
标面 ， 下法 兰齿 面定 义 为接触 面 。 对 于接 触 模 型 ， 需 要 给 出接 触 对 的其 他 两 个 还
温 下 ２ Ｒ钢 板 和 １Ｍ ｌ锻 件 的许 用 应 力 分 别 取 ０ ６ ｎＩ １３ ａ １０ ａ 设 计 温度 下 两 种材 料 的许 用应 ３ＭＰ 和 ５ ＭＰ ； 力 分 别 取 １２ ａ和 １７ ａ 按 照 Ｊ４ ３ —９ ５ ３ＭＰ ４ ＭＰ 。 Ｂ ７２ １９
在 工 作 压力 下 ， 啮 式 快开 压 力容 器 的齿 与齿 齿 之 间的 接触 面 不 仅相 互 挤 压 而且 相对 滑 动 ， 接触 状 态 随着 加 载过 程 而 变化 ， 触 面上 的应 力难 以事先 接 确 定 。 因此 ， 虑 齿 与齿 之 间 的接 触 问题 符 合 容器 考
的 实 际 状 况 。Ａ Ｓ Ｓ软 件 提供 了强 大 的接 触 处 理 ＮＹ
１ 球 冠 形 封 头 ２ 釜 盖 法 兰 ３ 釜 体 法 兰 ４． 封 槽 ． ． ． 密 ５ 釜体 ．
图 １ 带球冠 形封 头 的齿啮 式快 开装 置
功能 ， 持 多种 接 触方 式 兰之 间采用对 接焊 结构 ， 在下 法兰 上加工 密封 槽 ，
盖法 兰齿与简体法兰齿之间的啮合和错开 ， 从而达
到快 速开 关 的 目的。它 具 有启 闭快 、 压能 力 强 等 承
优点 ， 在需 要 频 繁 开关 盖 的压 力 容器 中得 到 了广 泛
的应用 ， 如化工行业 中用 到的硫化罐 和蒸压 釜， 医
制造 成本
作者 简 介 ： 四宏 （ ９２ ） 杜 １８． ，男 ，工 程师 ，主要从 事 核 电设备 与 管道 的应 力分 析 ，通讯 地 址 ： 河南 省郑 州 市中原 东路 ９ 号 中 国核 ６ 电工程 有 限公 司郑州 分公 司核 电工 艺设计 所力 学室 收稿 日期 ： ０ ２Ｏ．４ ２ １．１ ０
和点 一点接触 。 】
１１ 设计 参数 ．
蒸 压 釜 釜 体 和 球 冠 形 封 头 的 材 料 为 ２Ｒ钢 ０
板 ； 、 法 兰 的材 料 为 １Ｍｎ Ｉ 锻 件 。 设 计 压 力 上 下 ６ Ｉ
本 文通 过 接触 单元 来数值 模 拟啮合 齿 的接触 过
程， 建立了齿啮式快开容器的整体有限元分析模型，
对 某 蒸压 釜 中带 凸形封 头 的齿 啮式快 开法 兰进行 了
１ ＭＰ ， 直 径 ２ ０ｍｍ； 计 疲 劳 寿 命 为 １５次 ； ． ａ内 ２ ００ 设 ０
设计温度 １０ 介质为水蒸汽。 ５ｏ Ｃ；
该蒸 压釜 总体设 计属 常规 设计 ， Ｇ １０ １９ 按 Ｂ ５ —９ ８ 命分析 。工程实践表明， 按该方法设计的快门法兰 《 钢制压力容器 》 进行。上 、 下法兰的强度计算采用 不仅能满足强度和寿命要求 ， 而且能减轻重量 ， 降低 有 限元 法 进 行 ， 定 方 法 按 Ｊ４ ３ —９ ５《 制 压 评 Ｂ ７２ １９ 钢
有限元接触分析 ， 并对其进行 了强度评定和疲劳寿
第 ４期
杜 四宏 等 ：压力 容器 快开 门法 兰 的接触 分析
４ ９
力容器——分析设计标准 》 进行。因此 ， 许用应力
仍 按 Ｇ １０中的相 关标 准选 取 。 Ｂ５
面， 可以减少不能识别的穿透。对于柔性体 一柔性
体 的接触 ， 通过使接触点数达到最大可以获得最好 按 Ｇ １０ １９ 钢制 压 力 容 器 》 Ｂ ５ —９ ８《 的规 定 ， 常 的精度 ， 依据相关原则 ， 本文将上法兰齿面定义为 目
药 行业 中用 到 的杀 菌 锅 ， 纺织 行 业 中用 到 的蒸 汽 定
通过孔与简体 内部相通从而实现上 、 下法兰间的 自
紧 密封 。釜盖法 兰 和釜体 法 兰在 圆周 方 向上有 均匀 分 布且 可 相 互 配合 的 ４ 啮合 齿 。釜盖 法 兰 和釜 ０个 体法 兰 的啮合 结构 如 图 １ 所示 。