法兰小端厚度应该如何取值

设备法兰计算时，小端厚度应该输入法兰小端厚度还是应该输入筒体厚度？

这个问题一直以来争论不休。认为输入法兰厚度和筒体厚度的都有，很难互相说服。因为NB和GB150是不同的。

作者建议在软件中应该一般应该输入较薄件（筒体的厚度），原因如下：

1.法兰的计算各国都用的是Waters法，从计算原理上来说，法兰分为3部分，环板，锥颈，圆筒（直边段）三者构成的两对不连续连接问题。其中锥颈高度为h，圆筒高度为h0=sqrt(Bg0)。一般来说直边高度达不到h0，如果输入法兰小端厚度，那么是偏于冒进的，相当于有一段很长的材料缺失。从计算模型来讲，应该输入较薄件（筒体的厚度）。

比如CODAP的规范中，也是采用的waters法，整体法兰的g0和l0=sqrt(Dg0)都有详细的说明。从图示可以很直观的看出，应该取筒体的厚度。

2.虽然GB150对于小端厚度写的是：“法兰颈部小端有效厚度”，我们可以看看其他规范是如何描述的。ASME对于大端厚度是：“g1=thickness of hub at back of flange”小端厚度是：“g0=thickness of hub at small end”小端厚度并没有提及是法兰小端厚度。EN13445与ASME的英文描述一致。所以从规范的描述来说，小端应取较薄件厚度，而不是法兰小端厚度。

3.法兰刚度与g0平方成反比。法兰不会因为小端厚度增加了（筒体厚度没有），法兰系统整个刚度就大幅度增加。如果与法兰与筒体对接的厚度很薄，法兰应该怎么偏转还怎么偏转，不会因为小端增加了一点点材料而使整个刚度有了飞跃性的提高。所以从控制法兰刚度的角度讲应该输入较薄件厚度。

4.从另一个方面来讲，对于ASME/EN设计来说，没有NB法兰标准，他们的设备法兰都做成了法兰颈部颀长与筒体等厚，是不是可以从侧面说明应该输入较薄件的厚度。

但是将h0定义成一段必须要保证的长度，那么很难解释为什么整体法兰与封头可以直接焊接，而不需要保证有h0的长度。如下图取自标准GB150.3-2011 图5-26带法兰凸形封头。

当然也可以从另一方面来理解，封头对法兰有加强作用，封头转角处受到的是压应力，法兰小端受到的薄膜应力是拉应力，与法兰叠加的效果是使两者受力均变好。所以各国规范对此种结构都认为可以分开单独计算。

GB150的法兰计算未考虑法兰小端部分的环向薄膜应力，比如ASME计算法兰时，需要按照内压计算法兰小端厚度。GB150未考虑，可能会造成直边段的厚度非常薄，连薄膜应力都通不过的情况下，法兰计算通过了。这也会造成一些风险。

但是是不是说法兰小端厚度必须一定要和筒体做成一样厚呢？我觉得答案是不一定的。原因还是从另一个角度解读Waters法说起。

Water法要求筒体和法兰有相同的承载能力。但是G0和h0的数值只考虑了几何尺寸，实际上他们的强度是由许用应力值和几何尺寸一起控制的。单单讲几何尺寸（相当于只核算法兰的抗弯刚度）是不全面的，特别是法兰的许用应力比筒体的许用应力低的情况下。应保证法兰应力*法兰小端厚度应不小于筒体应力*筒体厚度。

比如法兰（不锈钢）许用应力80MPa，筒体（碳钢）许用应力为160MPa。筒体取的10mm，这时法兰计算时取筒体的厚度，计算将非常难以通过。因为法兰小端取10mm，可能局部薄膜应力通不过。这时应该同时考虑几何尺寸与强度。法兰小端应该取10*160/80=20mm。才能做到Waters法的模型假设，他们的强度是连续的。法兰小端与筒体连接是只要1:3削边然后对接即可。

这一点在ASME B16.5中有一些描述。

其中的(c)写的比较详细：当最小两者屈服强度不一致时，法兰小端厚度应至少为管子厚度t乘以管子和法兰的应力比值。

综上所述，一般情况下设备法兰计算时小端厚度应该取筒体的厚度，同时法兰小端厚度也应该考虑内压薄膜应力的影响，不能太小。当法兰与筒体的许用应力相差较多时（一般出现在法兰是不锈钢，筒体是碳钢复合板），法兰小端厚度应该达到筒体的等效强度。