和普通法兰区别的是,因卡箍连接件是由上紧螺栓将两个剖分的卡箍夹紧,通过斜面的楔入作用而使被连接的两密封面达到预紧。由于在预紧和操作状态两密封面趋于压紧和分离,导致在斜面上的摩擦力方向发生改变,所以要考虑预紧(此时压力未升起,两密封面压紧,斜面上的摩擦力向下)、预载(此时压力已升起,两密封面趋于分离但尚未分离时,斜面上的摩擦力在由向下至向上的转变过程中仍处于向下时,也称装配)和操作(此时压力已升起,两密封面分离,斜面上的摩擦力向上)三种状态,应对这三种状态分别计算。
预紧时的螺栓载荷为
Wm2=0.637Hmtan(ϕ+μ) (6-29)
预载(装配)时的螺栓载荷为
Wm3=0.637(H+Hp)tan(ϕ+μ) (6-30)
操作时的螺栓载荷为
Wm1=0.637(H+Hp)tan(ϕ-μ) (6-31)
上面三式中,H为总的端部静压力,H=0.785G2P;Hm为装配所需的总的轴向预紧力,Hm=3.14bGy;Hp为连接接触面总的压缩载荷,Hp=6.28bGmP;ϕ为卡箍凸肩角,ϕ≤40°;μ为摩擦角,由相接触的材料性能确定。
由各状态时的螺栓载荷确定该状态时每一卡箍凸耳上所需要的螺栓总截面积。
预紧时所需要的螺栓总截面积为

预载(装配)时所需要的螺栓总截面积为


图6-11 卡箍连接件(引自ASMEⅧ-1图24-1、图24-2)
a)高颈 b)卡箍 c)凸耳(https://www.xing528.com)
操作时所需要的螺栓总截面积为

取Am1、Am2、Am3中的最大值为每一卡箍凸耳上所需要的螺栓总截面积AmL,每一卡箍凸耳上螺栓的实际总截面积AbL应等于或大于所需要的总截面积AmL值。
按预载(装配)和操作两种状态计算高颈上总的旋转力矩Mo:
预载(装配)状态

其中,W=0.5(AmL+AbL)Sa
操作状态

其中,HD=0.785B2P

式中,hG为由卡箍与高颈间有效反作用力作用圆到HG作用圆之间的径向距离;
为法兰环表面到法兰高颈凸肩环形心处的轴向距离,
。有关的各结构尺寸见图6-11。
在旋转力矩Mo作用下,在高颈和法兰凸肩环之间连接处引起边缘剪力Q和边缘力矩MH,分别为

上述两式中,Ih为高颈凸肩环相对于其中性轴的有效惯性矩,
;
为高颈内表面至高颈凸肩环形心处的径向距离,
。
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