中法兰设计与计算方法

阀体与阀盖的连接方式可分为5类，见表2-1。这里重点介绍法兰连接的设计与计算。

表2-1 阀体与阀盖的连接方式和特点

阀体中法兰设计与计算时必须综合考虑如下问题：

（1）法兰强度和刚度直接影响着法兰连接的安全性和密封性，因此，法兰尺寸必须足以承受由于流体压力和其他载荷所引起的应力。

（2）螺栓应力的确定及密封垫片比压值的选取。为保持垫片密封，必须拧紧螺栓，这会在法兰中引起应力。

（3）由于阀门使用过程中温度变化、振动、水击以及由于管路传递载荷而在法兰中引起应力。

（4）材料的高温力学性能。

总之，在设计与计算中法兰时，应将法兰、螺栓、垫片与管件视为一个整体受压元件，统筹考虑。

中法兰设计的主要内容有：确定法兰型式和密封面型式；选择垫片（材料、型式和尺寸）；确定螺栓直径和数量及材料；确定法兰颈部尺寸、法兰宽度和厚度尺寸等。

确定阀体中法兰尺寸的方法，与阀体壁厚的确定方法相似，主要有：标准法兰参照法（简称“参照法”）和计算法。

由于法兰计算的复杂性，对于一般的设计者，要想仅仅通过计算而迅速地完成上述内容是十分困难的。中法兰设计采用标准法兰参照法是简便而可靠的。

1.标准法兰参照法

在阀体结构设计过程中，根据阀门公称通径、介质流道设置以及启闭件、导向件尺寸等，通过设计制图可以初步确定阀体中腔尺寸和中法兰密封面型式，然后，根据中腔内径尺寸，参照对应于阀门公称压力和中法兰密封面型式相同的国家标准法兰系列，将公称通径与阀体中腔内径相等（或相近）的标准法兰尺寸作为阀体中法兰的设计尺寸。(www.xing528.com)

由此可见，“参照法”实际上是建立在“等效采用”国家标准法兰基础上的。

我国国家标准GB/T9112～9130为管道用法兰，而阀体中法兰属“容器法兰”，两者不完全等同，故称为“参照法”。只有两者在法兰结构型式与法兰密封面型式相同的情况下，才能参照采用。

钢制管法兰的尺寸标准是参照国际标准ISO/DIS7005－1制订的。国际标准是由美国和德国两个体系的法兰尺寸标准合并而成，即PN0.25MPa、PN0.6MPa、PN1.0MPa、PN2.5MPa、PN4.0MPa为德国尺寸系列；PN2.0MPa、PN5.0MPa、PN10.0MPa、PN15.0MPa、PN25.0MPa、PN42.0MPa为美国尺寸系列。

在采用“参照法”时应使中法兰标准与阀体连接法兰标准体系相同。

新的法兰标准中，同一种法兰结构型式（如整体法兰）有多种密封面型式（如平面、凸面、凹凸面等）；同一种密封面型式又有多种压力等级。因此，在参照对应标准法兰时，要注意使法兰型式、密封面型式和公称压力三要素符合中法兰结构设计的要求。

用“参照法”确定中法兰尺寸后，有时为了追求中法兰尺寸的紧凑，允许在保证法兰厚度、法兰颈部尺寸及螺栓数量、螺栓孔径不改变的前提下，适当缩小螺栓孔中心圆直径和法兰的外径。

根据经验，用“参照法”确定的中法兰尺寸不应小于阀体连接法兰的尺寸。对截止阀，通常取同一压力等级的高一个规格的尺寸。

2.圆形中法兰的设计计算

圆形中法兰的设计计算包括下列内容：

1）确定垫片材料、型式及尺寸；

2）确定螺栓材料、规格及数量；

3）确定法兰材料、密封面型式及结构尺寸；

4）进行应力校核（计算中所有尺寸均不包括腐蚀裕量）。