DIN CEN TR 1591-5-2012 Flanges and their joints - Design rules for gasketed circular flange connections - Part 5 Calculation method for full face gasketed joints German version CEN.pdf

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1、Mai 2012 Normenausschuss Rohrleitungen und Dampfkesselanlagen (NARD) im DINPreisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 23.040.60Zur Erstellung einer DIN S

2、PEC knnen verschiedene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$smZ“1807455www.din.deDDIN CEN/TR 1591-5Flansche und ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit rundenFlanschen und Dichtung T

3、eil 5: Berechnungsmethode fr Verbindungen mit vollflchigerDichtung;Deutsche Fassung CEN/TR 1591-5:2012Flanges and their joints Design rules for gasketed circular flange connections Part 5: Calculation method for full face gasketed joints;German version CEN/TR 1591-5:2012Brides et leurs assemblages R

4、gles de calcul des assemblages brides circulaires avec joint Partie 5: Mthode de calcul pour assemblages avec joint pleine face;Version allemande CEN/TR 1591-5:2012Alleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 24 SeitenDIN SPEC 28591DIN CEN/TR 1591-

5、5 (DIN SPEC 28591):2012-05 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 1591-5:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 74 Flansche und Flanschverbindungen“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Gremium ist der NA 082-00-16 AA Flansche und ihre

6、Verbindungen“ im Normenausschuss Rohrleitungen und Dampfkesselanlagen (NARD). TECHNISCHER BERICHT TECHNICAL REPORT RAPPORT TECHNIQUE CEN/TR 1591-5 Februar 2012 ICS 23.040.60 Deutsche Fassung Flansche und ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dicht

7、ung Teil 5: Berechnungsmethode fr Verbindungen mit vollflchiger Dichtung Flanges and their joints Design rules for gasketed circular flange connections Part 5: Calculation method for full face gasketed joints Brides et leurs assemblages Rgles de calcul des assemblages brides circulaires avec joint P

8、artie 5: Mthode de calcul pour assemblages avec joints pleine face Dieser Technische Bericht (TR) wurde vom CEN am 12. Dezember 2011 als eine knftige Norm zur vorlufigen Anwendung angenommen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland,

9、Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigrei

10、ch und Zypern. EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATION Management-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2012 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von C

11、EN vorbehalten. Ref. Nr. CEN/TR 1591-5:2012 D CEN/TR 1591-5:2012 (D) Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Symbole und Abkrzungen 4 4 Einleitung 6 5 Definition einer quivalenten Dichtung .7 6 Effektive Dichtungsgeometrie . 13 7 nderung von Gleichungen fr Dichthei

12、tskriterien 13 8 Anwendung der vorgeschlagenen Methode auf verschiedene Standardbaugruppen 15 9 Anwendung der vorgeschlagenen Methode auf eine Baugruppe, die kein Standard ist 18 10 Schlussfolgerung 22 Literaturhinweise . 22 DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 2CEN/TR 1591-5:2012 (D) 3 Vorwor

13、t Dieses Dokument (CEN/TR 1591-5:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 74 Flansche und Flanschverbindungen“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN gehalten wird. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nich

14、t dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. EN 1591 Flansche und ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtung“ besteht aus den folgenden Teilen: Teil 1: Berechnungsmethode Teil 2: Dichtungskennwerte Tei

15、l 3: Berechnungsmethode fr Flanschverbindungen mit Dichtungen im Kraft-Nebenschluss (CEN/TS) Teil 4: Qualifizierung der Kompetenz von Personal zur Montage von Schraubverbindungen im Geltungs-bereich der Druckgerterichtlinie Teil 5: Berechnungsmethode fr Verbindungen mit vollflchiger Dichtung (CEN/TR

16、) DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 4 1 Anwendungsbereich Dieser Technische Bericht gibt Anleitung fr die Berechnung von Flanschverbindungen mit vollflchiger Dichtung auf der Grundlage der in EN 1591-1 angegebenen Berechnungsmethode. 2 Normative Verweisungen Die folge

17、nden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). EN 1591-1:2001+A1:2009, Flansche u

18、nd ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtung Teil 1: Berechnungsmethode 3 Symbole und Abkrzungen AGeeffektive Dichtungsflche (= dGe bGe), mm2, siehe Gleichung (26) bGeeffektive Dichtungsbreite, mm, siehe Bild 2 bGiInterimswert der effektiven

19、Dichtungsbreite, mm bGsealeffektive Dichtbreite der Dichtung, mm, Bild 9 bGQBreite der Dichtung im zusammengepressten Zustand, mm, Bild 2 dF1wirkender Durchmesser der Dichtungskraft fr Bereich A, Gleichungen (12), (14) dF2wirkender Durchmesser der Dichtungskraft fr Bereich B, Gleichungen (7), (10) d

20、F3wirkender Durchmesser der resultierenden Dichtungskraft an der Auenflche der tatschlichen Dichtung, mm, Gleichung (16) dF4wirkender Durchmesser der resultierenden Dichtungskraft an der Auenflche der quivalenten Dichtung, mm, Gleichung (19) dG1Innendurchmesser der theoretischen Dichtungsflche, mm,

21、Bild 1 dG2Auendurchmesser der theoretischen Dichtungsflche, mm, Bild 1 dG3Auendurchmesser des Schraubenlochteils fr die quivalente Dichtung, mm, Bild 1 dG4Auendurchmesser der quivalenten Dichtung, mm, Bild 1 dGiInterimswert des effektiven Dichtungsdurchmessers, mm, Gleichung (25) dGeeffektiver Dicht

22、ungsdurchmesser, mm, Bild 2 d3tatschlicher Lochkreisdurchmesser, mm, Bild 1 d3eeffektiver Lochkreisdurchmesser, mm d4Auendurchmesser des Flansches, mm d5Schraubenlochdurchmesser, mm, Bild 1 FGminMindestdichtungskraft, N, Gleichungen (28), (29), (30), (31) FGrealKraft an der tatschlichen Dichtung, N

23、DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 5 FGequiKraft an der quivalenten Dichtung, N FGzoneADichtungskraft im Schraubenlochbereich A, N, Gleichung (5), Bild 7 FGzoneBDichtungskraft im Bereich B, N, Gleichungen (5), (6), Bild 7 FGzoneCDichtungskraft im Bereich C, N, Gleichun

24、gen (5), (10), Bild 7 FQAxialkraft durch den Mediendruck, N, Gleichungen (29), (31) FRKraft, die sich aus der ueren axialen Zusatzkraft und dem ueren Zusatzmoment ergibt, N, Gleichungen (29), (31) KsealVerhltnis der effektiven Dichtungsspannung zur mittleren Dichtspannung der Dichtung, Gleichungen (

25、27), (30), (31) nBAnzahl der Schrauben, Gleichungen (11), (21), (23) P Innendruck, MPa Q(x) Entwicklung der Dichtungsspannung in Abhngigkeit vom Dichtungsradius, MPa, Gleichung (2) QAerforderliche Mindest-Dichtungsflchenpressung fr Montagezustand, MPa, Gleichungen (28), (30) QAGemittlere Spannung an

26、 der effektiven Dichtungsflche, MPa, Gleichung (27) Qsmin(L)Ierforderliche mittlere effektive Dichtungsflchenpressung bei Lastzustand I, MPa, Gleichungen (29), (31) Qmax,YKennwert fr die Streckgrenze des Dichtungswerkstoffes und der Dichtungskonstruktion, MPa, Gleichungen (22), (26) Qsealmittlere Sp

27、annung an der Dichtflche der Dichtung, MPa, Gleichung (27) x Radialstellung, festgelegt durch Q(x = 0) = 0, mm, Bilder 4, 5, 6 xmaxelastisches Verhalten der Dichtungsbreite, mm, Bild 10 Indizes 0 Montagezustand I Folgebetriebszustand I Exponenten el elastisches Verhalten der Dichtung wird bercksicht

28、igt pl plastisches Verhalten der Dichtung wird bercksichtigt DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 6 4 Einleitung EN 1591-1:2001+A1:2009 und CEN/TS 1591-3 beziehen sich ausschlielich auf innenliegende Dichtungen. Bei vollflchigen Dichtungen liegt der Angriffsdurchmesser d

29、er Reaktionskraft der Dichtung aufgrund der ueren Reaktionskraft der Dichtung nher am Lochkreisdurchmesser. Ziel dieses Vorschlags ist es, eine Methode (auf der Grundlage von EN 1591-1) bereitzustellen, die vollflchige Dichtungen innerhalb des Anwendungsbereiches der Normenreihe EN 1591 einschliet.

30、Die in diesem Dokument beschriebene Methode umfasst die folgenden Schritte: a) Geometrische Definition einer gleichartigen Dichtung (ohne Lcher), die hinsichtlich der Reaktionskraft einer tatschlichen vollflchigen Dichtung mit Lchern entspricht; 1) Unterteilung der Dichtung in 3 Teile (innerer Teil,

31、 Schraubenlochteil und uerer Teil); 2) Bestimmung des Auendurchmessers eines gleichartigen Dichtungsteils, das dem Schraubenlochteil (hinsichtlich der Dichtungskraft) entspricht und denselben Innendurchmesser besitzt, unter Bercksichtigung des vollstndig elastischen Verhaltens der Dichtung (dG3el);

32、3) Bestimmung des Auendurchmessers eines gleichartigen Dichtungsteils, das dem ueren Teil (hinsichtlich der Dichtungskraft) entspricht und denselben Innendurchmesser (dG3el) besitzt, unter Bercksichtigung des vollstndig elastischen Verhaltens der Dichtung (dG4el); 4) Bestimmung des Auendurchmessers

33、eines gleichartigen Dichtungsteils, das der tatschlichen Dichtung (hinsichtlich der Dichtungskraft) entspricht und denselben Innendurchmesser besitzt, unter Bercksichtigung des vollstndig plastischen Verhaltens der Dichtung (dG4pl); 5) Bestimmung des Auendurchmessers der quivalenten Dichtung (dG4) a

34、ls Maximalwert von dG4elund dG4pl, um die Dichtungsflche und die erforderliche nachfolgende Schraubenlast zu maximieren. Legende 1 uerer Bereich 2 Schraubenlochbereich 3 innerer Bereich 4 tatschliche Dichtung 5 quivalente Dichtung Bild 1 Unterteilung der Bereiche einer vollflchigen Dichtung und Defi

35、nition der quivalenten Dichtung DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 7 b) Bestimmung der effektiven Mae der gleichartigen quivalenten Dichtung unter Verwendung der Gleichungen in EN 1591-1; c) nderung bei der berprfung der Dichtheitskriterien, um zu bercksichtigen, dass

36、nur ein Teil der effektiven Dichtungsbreite zur Dichtung beitrgt (Teil innerhalb des Schraubenlochkreises). 5 Definition einer quivalenten Dichtung 5.1 Bestimmung der Teile einer Dichtung Die Dichtung kann in drei Teile unterteilt werden, wie in Bild 1 dargestellt. a) Der innere Teil (oder Dichtteil

37、) stellt den Teil der Dichtung innerhalb des Durchmessers der Schraubenlcher dar. Dieser Teil der Dichtung entspricht dem in EN 1591-1 behandelten Teil und wird mit dem Dichtungsverhalten der geschraubten Flanschverbindung in Verbindung gebracht; b) Der Schraubenlochteil ist der Teil der Dichtung, d

38、er die Lcher enthlt, durch die die Schrauben durch die Dichtung hindurchgehen. Die Breite dieses Teils entspricht dem Durchmesser der Schraubenlcher; c) Der uere Teil stellt den Teil auerhalb des Durchmessers der Schraubenlcher (d5) dar. 5.2 Elastische Verformung der Dichtung 5.2.1 Allgemeines Fr di

39、e Breite der Dichtung im zusammengepressten Zustand siehe Bild 2. Legende 1 Flansch 2 Dichtung 3 Verteilung der Dichtungsspannung Bild 2 Breite der Dichtung im zusammengepressten Zustand 5.2.2 Dichtungsmodellierung bei Entlastung Das Elastizittsmodul der Dichtung bei Entlastung (EG) hngt von der Anf

40、angs-Dichtungsspannung (Q = FG0/AGe) ab, siehe Bild 3. Die nach EN 13555 durchgefhrte Prfung gibt Werte fr EGin Tabellenform in Abhngigkeit von der Anfangs-Dichtungsspannung FG0/AGean. Daher kann die Abweichung von EGin Abhngigkeit von Q fr jedes Intervall Qn, Qn+1 durch eine lineare Relation modell

41、iert werden. DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 8 Bild 3 Abweichung von EGin Abhngigkeit von der Anfangs-Dichtungsspannung Q Fr Qn Q Qn+1 EG(Q) = An Q + Bn= dQ/d An= (EG,n+1 EG,n)/(Qn+1 Qn) (1) Bn= En (EG,n+1 EG,n)/Qn+1 Qn) Qn Die elastische Verformung unter Bercksicht

42、igung der Drehung des Flansches (siehe Bild 4) fhrt zu dem folgenden Ausdruck fr Q in Abhngigkeit von dem Radialabstand x, unter Verwendung derselben Gleichungen wie in CR 13642, mit den Koeffizienten Anund Bnfr jedes Intervall der Anfangs-Dichtungsspannung Qn, Qn+1. Fr xn x xn+1mit x0= 0 +=+=+)()()

43、()()(m1mmm1n0mm1mnnnn211211 xxkABxxkxxkABxxkxQ (2) ANMERKUNG Dieser Ausdruck fr Q ersetzt den Ausdruck Q(x) E0 k x (1 + K1 k x) in Dokument CR 13642:1999, Gleichung (4.4). (Der Wert fr n = 0 fhrt zu CR 13642:1999, Gleichung (4.4). Es sollte beachtet werden, dass der Ausdruck in EN 1591-1:2001+A1:200

44、9, Tabelle 1, auf der Hypothese eines Elastizittsmoduls der Dichtung bei Entlastung in linearer Abhngigkeit von der Anfangs-Dichtungsspannung (EG = E0 + K1 Q) beruht. Legende 1 Flansch 2 Dichtung 3 effektive Dichtungsflche aufgrund der Drehung des Flansches Bild 4 Drehung des Flansches Fr diesen Sch

45、ritt gibt es zwei mgliche Konfigurationen, siehe Bild 5 und Bild 6. DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 9 Legende 1 Flansch 2 Dichtung 3 Kontaktprofil der Dichtungspressung an effektiver Dichtungsflche Bild 5 Fall ohne Kontakt am inneren Teil der Dichtung Legende 1 Flan

46、sch 2 Verbindung (Dichtung) 3 Kontaktprofil der Dichtungspressung an effektiver Dichtungsflche Bild 6 Fall mit Kontakt am inneren Teil der Dichtung Dies fhrt zu den folgenden Ausdrcken: r = d/2 = x + dG2/2 bGQ (3) Dieser letzte Ausdruck in Verbindung mit dem oben angegebenen Ausdruck fr Q(x) (siehe

47、Gleichung 2) fhrt zu einem Polynom zweiten oder dritten Grades fr die Variable bGQ. Mithilfe der Kenntnis von dGeund FG(dies ist bei der Bestimmung der effektiven Dichtungsmae der Fall) lsst sich dieses Polynom analytisch lsen und der Wert fr bGQmithilfe der nachfolgenden Gleichung (4) ermitteln: Q(

48、x)dxdFbbddGQGQG2G1)0;2/2/max(GeG+= (4) DIN CEN/TR 1591-5 (DIN SPEC 28591):2012-05 CEN/TR 1591-5:2012 (D) 10 5.2.3 Bestimmung der Mae des gleichartigen, zum Lochteil quivalenten Teils (elastischer Fall) Die Dichtungskraft am Lochteil (Bereich A) wird durch Substraktion der Kraft an der Schraubenlochflche (Bereich C) mit der Kraft am gleichartigen Dichtungsteil mit Maen, die denen des Schraubenlochteils (Bereich B) entsprechen, berechnet, siehe Bild 7. FG zoneA= FG zoneB FG zoneC(5) Bild 7 Berechnung der Dich