结构计算和强度校核
b=2.53b0?9mm m=2.00 y=11MPa
DG?D?2b?512?18?494mm
连接接触面总在紧载荷：
Hp?2?DGbmp=6.28?494?9?1.32?2=73711N
总的静压轴向力：
H?0.785DGP?0.785?4942?1.32?252870N
在操作状况下螺栓承受的载荷：
Wm1?H?Hp=252870+73711=326581N
在预紧状况下螺栓承受的载荷：
Wm2??bDGy?3.14?9?494?11?151565N
在操作状况下所需的螺纹根部载荷总截面积或承受应力下的最小直径处总截面积：
t Ami?Wmi/[?]b式中：[?]tb操作条件下的螺栓许用应力
tAmi?Wm1/[?]b?326581/71?4600mm2
Am2?Wm2/[?]b?153565/87?1765mm2
则 Am?4600mm2 取 n?28
螺栓的螺纹根部实际总截面积或承受应力下实际最小总截面积：
Ab??42ndo??424?162?4823mm2?Am
式中： n 螺栓个数 do 螺纹直径,mm 法兰螺栓设计载荷：
W?0.5(Am?Ab)?0.5(4600?4823)?87?0.411?106N
作用在法兰内表面积上的流体轴向静压力：
HD?0.785DiP?0.785?4952?1.32?250827N
HD作用位置处螺栓圆径向距离：
青海大学化工机械系
19 青海大学本科毕业设计：浮头式换热器设计
hD?0.5(Db?Di)?19mm
式中：Db 螺栓中心圆直径 作用于法兰内侧的载荷产生的力矩：
MD?HDhD?250827?0.019?4766N?m
垫片载荷，即法兰螺栓设计载荷与总的流体静压轴向应力的差值：
HG?W?H?157131N
HG作用位置处至螺栓圆的径向距离：
hG?0.5(Db?DG)?0.5?(530?494)?18mm
则 MG?HGhG?157130?0.018?2828N?m
总的流体静压轴向力与作用在法兰内直径面积上的流体静压轴向力之差：
HT?H?HD?252870?250827?2043N
HT作用位置处至螺栓直径圆的径向距离：
hT?0.5(hD?hG)?18.5mm
内压力作用于法兰上总载荷与法兰内侧所承受的载荷之差产生的力矩：
MT?HThT?2043?0.0185?38N?m
作用在法兰圈内侧与半球形盖厚度中心线处的球形段中薄膜载荷的径向奋力：
Hr?HDcos?1?250827?0.7855?197034N
式中：?1 由半球形厚度中心线与法兰圆的交点所作用的一根切线与垂直于半球形盖轴线所成的夹角
D?1?arcsinR0.5?arcsin?0.5?ii0.5?0.5?38.2
0.4?0.5?0.008Hr作用位置处至法兰形心轴的距离：
hr?0.5(t???cos?)?l
式中：t? 浮头法兰厚度，假设t?=30mm
l 法兰上表面至半球形封头外表面与法兰圆内侧交点的距离，取l=10 mm
hr?0.5(0.03?0.008)?0.001??0.0089mm
cos38.220 青海大学化工机械系
结构计算和强度校核
Mr?Hrhr??18.5N?m
操作状况下法兰总力矩：
Mp?MD?MG?MT?Mr?7650N.M
预紧时：
HG?W?410000N
预紧时法兰力矩：
MG?HGhG?410000?0.018?7380N.M
总力矩：
M0?MG[?]tf/[?]f?7381?102/113?6662mm
式中：[?]tf 设计温度下法兰材料的许用应离，MPa [?]f 常温下法兰材料的许用应力，MPa 法兰厚度计算：
t?F(1?1?J)?C 2F1.32?0.4324?0.42?0.4922F???0.0057mm
8[?]tf(Di?Ri)8?102?(0.580?0.492)PDi4Ri2?Di2J?[?]0t(fMD?Di66620.58?0.492)?()?1617mm2
D?Di102?0.4920.58?0.492t?F(1?1?J0.001617)?C?0.0057(1?1?)?2?48mm 22F0.0057计算出的t与假设的t?比较，知t> t?=30mm,故假设t?值合适 结论：校核合格
3.8筒体法兰计算
3.8.1设计条件
设计压力 p=1 MPa 计算压力 pc =1 MPa 设计温度 t=200? C 轴向外载荷 F=0 N
21 青海大学化工机械系
青海大学本科毕业设计：浮头式换热器设计
外力矩 M=0 N.mm 壳 体:
材料名称 Q235-B(热轧) 许用应力 [?]n =113 MPa 法 兰:
材料名称 Q235-B(热轧)
许用应力 [ ?]f =113 MPa 螺 栓:
材料名称 Q235-B(热轧)
许用应力 [?]f =87MPa 螺栓规格 M16 数量 n=20个 法兰选用要求：
在石油化工设备管道生产中，由于生产工艺的要求，或者制造，运输，安装，检修方便。常可采用可拆的联接机构，常见的联接机构有法兰联接，螺栓联接和插套联接。由于法兰联接有较好的强度和紧密性，适用的尺寸范围广，在设备和管道中都能引用，所以法兰连接最普遍。缺点：不能很快的装配和拆卸，制造成本高。 查表2-18 PN=1.6MPa 公称直径DN 700 820 垫片选用要求：
垫片是螺栓法兰连接的核心，密封效果的好坏主要取决于垫片的蜜蜂性能，设计时，应根据介质的特性，压力，温度和压紧面的形状选择垫片的结构形式，材料和尺寸，同时兼顾价格，制造和更换是否方便等因素。基本要求是制作垫片的材料不污染工作介质，耐腐蚀，具有良好的变形能力和回弹能力，以及在工作温度下不易变质硬化或软化。
垫片选用 查表4-1
介质 油品，油气，化工原料及产品
法兰公称压力MPa 工作温度℃ 密封面形式 形式 垫片 材料 橡胶石棉板 780 755 745 742 62 25 M16 20 544 504 法兰 螺柱 规格 数量 非金属垫片 tD D1 D2 D3 D4 ? d D5 ds ?1.6 ?2000C 凹凸面 耐油垫 3.8.2螺栓设计校核
22 青海大学化工机械系
结构计算和强度校核
1）垫片预紧力：
Fa??DGby
式中： Fa 御紧状态下需要的最小垫片压紧力。N
b 垫片的有效密封宽度，mm
DG 垫片压紧力作用中心圆计算直径,mm
当 b0?6.4mm 时， DG等于垫片接触面的平均直径 当b0?6.4mm时 ，DG等于垫片接触面的外径减去2b 垫片压紧力,MPa
由前知 N=20
b0?N?10?6.4mm 2则 b?2.53b0?8mm
DG?544?16?528mm
则 Fa??DGby?3.14?528?8?11?145896.96N 操作状态下：
Fp?2?DGbmPc
式中：Fp 操作状态下需要的最小垫片压紧力，N m 垫片系数 Pc 计算压力，MPa 则
Fp?2?DGbmPc?2?3.14?528?8?2?1.3?69821.32N
2）螺栓载荷计算：
预紧状态下需要的最小螺栓载荷等于保证垫片初始密封的压紧力。即
Wa?Fa?145896.96N
式中： Wa预紧状态下需要的最小螺栓载荷N
操作状态下需要的最小螺栓载荷由两部分组成：介质产生的轴向力和保持垫片密封所需的垫片压紧力，即
Wp?F?Fp?青海大学化工机械系
?4DG2Pc?2?DGbmPc
23