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欧洲螺栓法兰设计和垫片标准的新动向蔡仁良(华东理工大学机械工程学院,上海200237)摘要本文介绍欧洲制订螺栓法兰设计和垫片标准系列化方面的最近动态和对制订国内垫片标准的一些建议。关键词垫片法兰标准由于保护大气环境免受工业污染的需要和统一欧洲经济共同体标准的考虑,欧洲标准协会(CEN)下属“法兰及其接头技术委员会”(TC74)已经提出一片系数代替ASME的垫片系数(m、y),但目前尚未进入规范,确定这些垫片系数的标准试验方法仍处在草案阶段。ASME压力容器规范对法兰计算仅要求作应力验算(虽然在1998年版本的附录S中增加了刚度验算内容),而德国的法兰接头标准DIN2505不同于ASME,它包括了应力分析和密封性分析两方面内容,且自DINV2505第一版(1964年)以来,标准制订者不断在改进法兰接头设计方法。DIN2505最后版本是1990年的DINE2505(草案)3。1994年颁布了法个新的欧共体标准(以下简称欧洲标准)prEN1591“法兰及其接头-垫片圆形法兰连接的设计规则-第一部分:计算方法”1,作为对在压力、温度、外力和外弯矩等载荷作用下的螺栓法兰连接进行强度和密封性计算的规则。按prEN1591-1方法进行计算时,需要输入一组垫片(特性)系数,所以又制订了2“法兰及其接头-垫片圆形法兰连接兰计算方法的欧洲标准prEN1591,如前所述prENV1591-的设计规则-第二部分:垫片系数”作为对其的补充。由于该标准缺乏充分的数据,不足以满足设计的要求,而垫片参数又与密封性之间没有定量的关系;此外,温度对垫片系数的影响也未予反映。为此CEN/TC74又制订了一个新的欧洲标准(草案)prEN13555“法兰及其接头-垫片圆形法兰连接设计规则用垫片系数和试验方法”2。企图藉此进一步决定各种垫片的垫片系数和垫片的工作性能,解决上prEN1591包含了两个部分-计算方法和垫片系数。1995年,DIN发布了DIN28090新标准,作为DINE2505的补充。DIN28090-1定义了用于计算螺栓法兰接头的垫片系数和决定这些垫片系数的实验方法。1999年欧洲标准协会(CEN/TC74)鉴于前述的理由,在DIN28090基础上,提出了prEN13555标准,定义了prEN1591-1中的垫片系数和垫片试验方法。表1列出了上述法兰接头计算方法及对应的垫片系数和试验方法。因为ASME容器设计规范(中国、日本与其类同)都是传统的方法,尚未见有大的变化。至于PVRC将作的变动参见文4。关于欧洲垫片标准将另文介绍,下面介绍德国制订的系列垫片标准情况。表1国内外法兰连接计算方法及其垫片系数述prEN1591-1存在的缺陷,为承压设备和管道等使用的法兰接头提供一个安全可靠的设计基础和垫片质量评定的依据。本文将对其简要介绍与评述,供国内同行借鉴参考。DIN2505和prEN1591法兰设计标准在欧洲标准提出之前,国内外螺栓法兰接头设计方法主要是以美国和德国为代表的压力容器或管道设计规范中的法兰计算方法。两种计算方法在处理垫片特性上都规定了某些垫片系数(或设计参数),用于确定法兰接头需要的螺栓载荷。虽然美国压力容器研究委员会(PVRC)在不改变ASME设计方法前提下,经过长期的研究和改进,提出了新的垫1、PVRC草案标准法兰连接设计规范垫片系数试验方法美国ASMEASMEBPCodeSectionⅧ,Div.1(非规定性附录2)m、y;ASTMF586-79ASME-PVRCASMEBPCodeSectionⅧ,Div.1(另一附录)Gs、GbaNo9和1-94中国GBGB150-98m、y;德国DINAD规范B7-90DINE2505-90参见表2DIN28090-95欧洲CENPrEN1591-1、PrEN1591-2参见表3PrEN13555(草案)2002年第1期·11·DIN垫片系列标准如上所述,1995年德国颁发了包括垫片参数的定义、垫片试验方法和技术验收条件等在内的一系列,其体系如图1所示。DIN垫片标准系列有以下几个明显特征:(1)为评定垫片在操作条件下的密封性能或计算螺栓法兰接头都需要垫片(特性)系数,垫片系数反映了垫片的压缩变形和密封性能,而这些垫片系数必须通过标准的试验方法加以确定。在北美(PVRC、ASME、ASTM)、德国(DIN)、欧洲(EN)有不同2列垫片标准,即DIN28090和DIN2809156,1997年又启用了垫片尺寸的欧洲标准DINEN1514,这些组成了国际上第一个最完整的规范化的垫片标准系图1DIN28090和28091标准体系图表2法兰接头计算方法用垫片系数1997bVUVU/LminBU/p表征垫片系数的方法,如表1和表2所示。DIN28090-1既定义了供设计用的垫片系数,又规定了确定这些垫片系数的