基于有限元的非标法兰视窗应力分析

尤琳，孟凡国，魏晓

（山东豪迈化工技术有限公司，青岛 266031）

视窗广泛用于试验用途的压力容器上，以方便观察试验过程中容器内的反应情况。对于金属设备上的视窗，常见的视窗结构通常由金属材质法兰夹持透明的非金属材质视镜组成。视窗结构常根据设备及工艺等需求，设计成圆形、矩形、方形、椭圆形、长圆形等形状。视窗设计的合理性及安全性，尤其是其中法兰、螺栓、视镜及视窗与筒体连接局部的强度，对压力容器的安全运行至关重要。

目前，对于非标法兰结构的视窗，其法兰的设计方法包括当量圆法兰设计法，骨架弯曲法兰设计法[1-2]等。HG/T 20582—2011《钢制化工容器强度计算规定》提供了当量圆法兰计算方法设计计算非圆形法兰结构[3]。采用不同的法兰设计方法，计算出的螺栓预紧载荷会有差异，从而影响密封性、法兰的校核以及视镜校核。

本文通过HG/T 20582—2011 标准中提供的非圆形法兰螺栓计算方法计算螺栓载荷，并结合有限元分析计算方法，对视窗结构及其与筒体连接局部区域的强度计算进行了研究。

1 非标视窗结构的主要参数

中试试验设备的筒体上需要在侧面开设若干非标方形视窗，以观察试验过程中腔室内部的反应情况，如图1所示。本文根据视窗结构特点并结合圣维南原理，仅对视窗结构的局部区域进行应力分析和强度校核。

图1 简化几何模型Fig.1 Simplified model

1.1 结构参数

视镜结构各部分的规格尺寸参见图2。筒体规格为ID 600 mm×10 mm。视镜结构的总体尺寸为250 mm×250 mm，主要包括压盖、视镜窗口、垫圈及基座。……