严守法兰的标准底线，审慎对待计算免除

这小文章以前发过，今天再看看？有年头了，当时还很嫩，有错的地方还请指正。

（学习笔记，有误还请指正）

本文仅讨论 NB/T47020~47027 容器法兰。

  GB/T150.3 法兰计算一章中的 7.1.1 条 “… 当选用 JB/T4700~4707 标准时，可免除本章计算 ” ，其中 JB/T4700~4707 即 NB/T47020~47027 ，作为一个 “ 豁免 ” 条款常被不加甄别地冒然引用。类似于不锈钢制容器法兰、分程隔板处有垫片反力的管箱法兰等，材质、载荷在标准范围之外，仅仅是尺寸按标准的情况，已属于 “ 非标法兰 ” ，显然不能免除强度计算。

NB/T47020 表 6 、表 7 给出的法兰最大允许工作压力，与特定的工作温度，及法兰本体、紧固件、垫片材料相对应，并且仅限于法兰本体承受内压、法兰环处垫片反力、螺栓载荷的情况。

影响标准法兰最大允许工作压力的各因素分析如下：

（ 1 ）、工作温度，影响法兰本体、螺柱螺母等材料许用应力；

（ 2 ）、法兰本体，不同材质的许用应力不同；

（ 3 ）、垫片，不同垫片的垫片系数 m 和比压力 y 不同， m 、 y 决定预紧和操作状态下所需的最小螺栓载荷 W _a （ =F _a =3.14D _G b y ）、 W _p （ =F+F _p =0.785D _G ² P _c +6.28D _G b m P _c ），进而影响法兰的设计力矩 M _a 、 M _p ，最终影响 M _O =max{M _a *[σ] _f ^t /[σ] _f ， M _p } 。

（ 4 ）、紧固件，主要是螺柱，其许用应力决定了预紧状态下的螺栓设计载荷 W= （ A _m +A _b ） /2*[σ] _b ，（其中，预紧和操作状态所需要的最小螺栓截面积分别为 A _a =W _a /[σ] _b ， A _p = W _a /[σ] _b ^t ， A _m =max{A _a ， A _p } ），进而影响法兰预紧状态下的设计力矩 M _a ，最终影响 M _O 。但螺柱的许用影响不影响操作状态下的设计力矩 M _p ，因为 M _p 与内压、垫片压紧力有关。

（ 1 ）、（ 2 ）、（ 3 ）点都比较好理解，需要说明的是第（ 4 ）点，螺柱的许用应力反而决定了设计载荷，这是因为规范是以螺栓 满强度 时的载荷作为预紧载荷，以防止因螺栓的过度拧紧而导致法兰的过度变形，即要求法兰具有抵抗螺栓满载的能力。 ASMEVIII-1 Mandatory Appendix 2 的 2-5(e) note 写道： NOTE:Where additional safety against abuse is desired, or where it is necessary thatthe flange be suitable to withstand the fullavailable bolt load A _b S _a , the flange may be designedon the basis of this latter quantity.

所以说，在无额外载荷的情况下，应按照工作温度、法兰本体材料由 NB/T47020 表 6 或表 7 确定法兰的最大允许工作压力，并注意遵守表 2 中紧固件和垫片的匹配关系， 这个匹配是硬性，而不是推荐性的规定 。具体地可以参考标准编制者的一篇文章：桑如苞 . 关于《压力容器法兰》国家标准中法兰与螺柱材料的匹配 . 压力容器 ,1990,(3).

如果螺柱选材低于标准表 2 的要求，那将无法保证密封性能。若螺柱材质高于标准，如上述分析，那将可能导致预紧载荷大于标准法兰的承受能力，或压溃垫片。建议既使是标准法兰，也都用 SW6 计算一下，不要偷懒，更不要在一些计算无法通过或是载荷无法处理的情况下强行引用这个“豁免”条款，来糊弄事。

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