[发明专利]一种HDPE管系法兰连接的选型设计和分析评价方法

权利要求书

1.一种HDPE管系法兰连接的选型设计和分析评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据管道系统各工况下压力的确定法兰设计压力，并确定法兰连接形式和法兰接头的结构尺寸；

S2、根据所述法兰设计压力和法兰连接形式确定法兰轴向载荷范围；

S3、在管道系统中评价法兰接头承压部件的强度是否满足压力边界完整性要求，若满足，则进入下一步骤；否则，返回步骤S1；

S4、输出管道系统各工况下法兰界面输出载荷，并判断其是否满足载荷评价准则；若满足，则进入下一步骤；否则，返回步骤S1；

S5、确定初始安装时的法兰轴向载荷，并判断其是否满足接触面密封性评价准则；若满足，则进入下一步骤；否则，返回步骤S1；

S6、根据法兰界面输出载荷和初始安装时的法兰轴向载荷判断螺栓强度是否满足螺栓强度要求；若满足，则结束评价；否则，返回步骤S1；

其中，步骤S2包括：

S21、根据法兰设计压力P_d计算法兰轴向载荷最小值F_min1：

F_min1＝π(0.25D_c²+2aD_cb)cP_d              (1)；

公式(1)中，D_c为密封环形面的直径；a为放大系数，其根据密封垫圈的选型进行选择；b为密封环形面的宽度；c为材料的长期蠕变放大系数；

S22、计算法兰轴向载荷最小值F_min2和法兰轴向载荷最大值F_max：

F_min2＝πbD_cσ_min                              (2a)；

F_max＝πbD_cσ_max                              (2b)；

公式(2a)和(2b)中，D_c为密封环形面的直径；b为密封环形面的宽度；σ_min和σ_max分别为考虑HDPE材料长期蠕变和应力松弛特性的密封垫圈的最小和最大许用压应力；

S23、确定所述法兰轴向载荷F范围：

F_minFF_max；

式中，F_min＝max(F_min1,F_min2)；

其中，步骤S3包括：

S31、在有限元软件中采用直管单元模拟法兰接头，并在连接处定义集中质量模拟活套金属法兰；

S32、定义法兰接头的应力指数和柔度系数；

S33、利用有限元软件计算法兰接头在各载荷作用下的响应；

S34、利用线性叠加原理计算系统各工况下法兰接头的响应，评价法兰接头的压力边界完整性；若评定结果不满足要求，则返回步骤S1；

其中，步骤S4包括：

S41、输出各工况下法兰界面输出载荷中轴向力的最小值FU_min和最大值FU_max；

S42、判断所述法兰界面输出载荷中轴向力的最小值FU_min和最大值FU_max是否满足载荷评价准则：

F_max-FU_maxF_min-FU_min                        (3)；

S43、当所述载荷评价准则成立时，进入下一步骤；否则，返回步骤S1；

其中，步骤S5包括：

S51、确定初始安装时的法兰轴向载荷F_i：

F_i＝0.5(F_max+F_min-FU_max-FU_min)                    (4)；

S52、判断初始安装时的法兰轴向载荷F_i是否满足接触面密封性评价准则：

公式(5a)和(5b)中，F_x取F_i+FU_min或F_i+FU_max，M_bmax为法兰界面输出载荷中弯矩的最大值；

S53、当所述接触面密封性评价准则成立时，进入下一步骤；否则，返回步骤S1。