换热器管箱平盖的挠度全解密

平盖的挠度

换热器中，管箱采用平盖法兰的比较常出现，优势是平盖法兰拆卸方便，检查维修时，不必拆卸管道。不足之处是平盖受力不好，材料一般为锻件，厚度较大，费用比较高。

换热器的管箱法兰盖和普通法兰盖有什么不同呢？

对于管箱无分程隔板的平盖，和常规平盖一样。

对于管箱有分程隔板的平盖，按照GB/T 151-2014，需要满足其挠度要求。请注意规范中的式（7-5）和式（7-6）是等价的。

DN<=600mm,挠度小于等于0.8mm；

DN>600mm，挠度小于等于DN/800且不大于2mm。

由于需要控制挠度，所以在很多时候，需要增加平盖的厚度。

---

TEMA的要求

在TEMA RCB-9.2.1条中，有类似的要求，其挠度限制条款为：

DN<=24"(610mm),挠度小于等于0.8mm；

DN>24"(610mm)，挠度小于等于DN/800。

没有GB151中要求的最大上限挠度2mm的要求。

挠度的计算公式是一模一样。

另外要注意的是，应该用英制的Nominal diameter来考虑，否则用会出现临界点挠度要求不连续（610/800=0.7625mm，而非0.8mm）。

对于单程管箱，或者其他与管箱平盖之间无分程隔板垫片密封要求的，无需考虑挠度的要求。

---

挠度超标怎么办

挠度超出限制怎么办呢？

在GB151中，只有一种方法，就是加厚平盖。

在TEMA中，给出了3种方法：

1. 以计算挠度与限制挠度比值的立方根的关系，增加管箱平盖厚度。（加厚）

2. 使用strong backs。（应该是加强部件，类似于平盖加筋，平盖加补强等，不是主流方法，慎用，详见往期精彩的解读。）

3. 更改结构形式。（比如采用椭圆形封头等。）

---

控制挠度的原因

TEMA在正文中给出了限制挠度的原因：

推荐的管箱平盖的挠度限制值用于防止平盖与分程隔板之间介质的过量泄漏。

挠度的限值由很多因素决定。如:管程数、管程压降、换热器尺寸、垫片材料的弹性回弹量、程间泄漏对传热性能的影响、有无垫片槽以及管程流体的泄漏特性。

RCB-9.2.1中计算挠度的方法没有考虑以下因素:

(1)垫片反力作用圆外的盖板部分提供的约束。

(2)某些结构形式提供的额外约束。比如（宽面法兰）全平面垫片控制的金属之间接触。

(3)由于平盖板厚方向的温度梯度引起的盖板弯曲。

如使用其他计算方法，能改善减小盖板厚度对换热器性能造成的影响，可以修改RCB-9.1给出的推荐盖板变形限值。

对于这些了解就好，真要考虑的话，是非常繁琐的。

---

挠度公式来源

换热器管箱平盖的挠度计算是以周边简支受均布载荷+周边弯矩的圆平板的模型为基础的。

简支圆平板受均布载荷P时，其挠度计算公式为：

其中心挠度为：

简支圆平板外周边受弯矩作用下，平板中心的挠度：

最大挠度都在板中心处，所以圆平板同时承受均布载荷和周边弯矩作用时，可以对其最大挠度进行叠加。

其推导过程比较简单，见下图：

推导得到的公式和GB151以及TEMA完全一致。

值得注意的是，规范的周边弯矩取值比理论值大1.5倍，当做螺栓超载系数，增加了冗余。而一般的FEA分析设计计算此处的挠度时，一般未考虑超载系数，计算所得的挠度值偏低，是不安全的。

文章来源：压力容器唯心不易