卡箍式快開對接法蘭結構分析

史戰新，甘 霖

(武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064)

0 引言

開快密封結構是壓力容器的重要組成部分，一般分為卡箍式、齒嚙式和剖分環式。卡箍結構是較常用的一種，廣泛用于過濾器、機械對接結構、液壓或化工管道連接。在 GB150［1］、ASME 第Ⅷ卷［2］都有相關的規范設計準則，然而規范設計大多依據經驗公式，對環狀法蘭簡化成懸臂板梁結構進行強度校核，受力分析也僅僅從力的平衡角度處理邊界條件，缺少對應力集中及接觸擠壓區域的接觸應力計算，也沒有考慮交變載荷產生的疲勞問題。本文以內壓容器卡箍密封對接結構為例，進行有限元應力分析，從接觸、應力集中、疲勞失效方面按照彈塑性設計準則進行強度及疲勞校核，為此類結構的設計及強度分析提出建議。

1 卡箍式快開對接法蘭結構

內壓容器卡箍式對接法蘭結構由下法蘭、上法蘭、卡箍O型密封圈和鎖緊機構等4部分組成。上下法蘭內徑700 mm，設計壓力3 MPa，設計溫度－18°～+55°，法蘭及卡箍均為16 Mn鍛件，許用應力為 ［σt］=150 MPa，結構簡圖如圖1所示。

2 中外規范計算比較

2.1 按照GB150－1998附錄G7進行校核

O型密封圈邵氏硬度為60(對應楊氏模數E為3.5 MPa)，有效密封直徑740 mm，密封圈橫截面直徑10 mm，壓力系數0.25，可求出內壓引起的軸向力F=1289598 N，預緊狀態下密封圈的軸向力Fa=20057 N。

圖1 卡箍式快開對接法蘭結構Fig.1 The clamp connections of quick opening set

2.1.1 卡箍校驗

由圖1中給出的卡箍尺寸，對a-a截面和b-b截面的當量應力進行強度校核。

校驗合格。

2.1.2 內壓容器下法蘭校驗

由圖1中給出的法蘭尺寸，對a-a截面和b-b截面的當量應力進行強度校核。……