DIN CEN TS 1591-3-2007 Flanges and their joints - Design rules for gasketed circular flange connections - Part 3 Calculation method for metal to metal contact type flanged joint Ge.pdf

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1、Oktober 2007 Normenausschuss Rohrleitungen und Dampfkesselanlagen (NARD) im DINPreisgruppe 20DIN 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 23.040.60!,prV“9777951www.din.deD

2、VornormDIN CEN/TS 1591-3Flansche und ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit rundenFlanschen und Dichtung Teil 3: Berechnungsmethode fr Flanschverbindungen mit Dichtungenim Kraft-Nebenschluss;Deutsche Fassung CEN/TS 1591-3:2007Flanges and their joints Design rules for g

3、asketed circular flange connections Part 3: Calculation method for metal to metal contact type flanged joint;German version CEN/TS 1591-3:2007Brides et leurs assemblages Rgles de calcul des assemblages brides circulaires avec joint Partie 3: Mthode de calcul pour les assemblages brides de type conta

4、ct mtal-mtal;Version allemande CEN/TS 1591-3:2007Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 63 SeitenDIN CEN/TS 1591-3:2007-10 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (CEN/TS 1591-3:2007) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 74 Flansche und ihre Verbindungen

5、“ (Sekretariat: DIN, Deutschland) ausgearbeitet. Fr die deutsche Mitarbeit ist der Arbeitsausschuss NA 082-00-16 AA Flansche und ihre Verbindungen“ im Normenausschuss Rohrleitungen und Dampfkesselanlagen (NARD) verantwortlich. Eine Vornorm ist das Ergebnis einer Normungsarbeit, das wegen bestimmter

6、Vorbehalte zum Inhalt oder wegen des gegenber einer Norm abweichenden Aufstellungsverfahrens vom DIN noch nicht als Norm herausgegeben wird. Erfahrungen mit dieser Vornorm sind erbeten vorzugsweise als Datei per E-Mail an narddin.de in Form einer Tabelle. Die Vorlage dieser Tabelle kann im Internet

7、unter http:/www.din.de/stellungnahme abgerufen werden; oder in Papierform an den Normenausschuss Rohrleitungen und Dampfkesselanlagen (NARD) im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., 10772 Berlin (Hausanschrift: Burggrafenstrae 6, 10787 Berlin). Vornorm TECHNISCHE SPEZIFIKATION TECHNICAL SPECIFICA

8、TION SPCIFICATION TECHNIQUE CEN/TS 1591-3 Juli 2007 ICS 23.040.60 Deutsche Fassung Flansche und ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtung Teil 3: Berechnungsmethode fr Flanschverbindungen mit Dichtungen im Kraft-Nebenschluss Flanges and their

9、 joints Design rules for gasketed circular flange connections Part 3: Calculation method for metal to metal contact type flanged joint Brides et leurs assemblages Rgles de calcul des assemblages brides circulaires avec joint Partie 3: Mthode de calcul pour les assemblages brides de type contact mtal

10、-mtal Diese Technische spezifikation (CEN/TS) wurde vom CEN am 16 .Juni 2007 als eine knftige Norm zur vorlufigen Anwendung angenommen. Die Gltigkeitsdauer dieser CEN/TS ist zunchst auf drei Jahre begrenzt. Nach zwei Jahren werden die Mitglieder des CEN gebeten, ihre Stellungnahmen abzugeben, insbes

11、ondere ber die Frage, ob die CEN/TS in eine Europische Norm umgewandelt werden kann. Die CEN Mitglieder sind verpflichtet, das Vorhandensein dieser CEN/TS in der gleichen Weise wie bei einer EN anzukndigen und die CEN/TS verfgbar zu machen. Es ist zulssig, entgegenstehende nationale Normen bis zur E

12、ntscheidung ber eine mgliche Umwandlung der CEN/TS in eine EN (parallel zur CEN/TS) beizubehalten. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Ma

13、lta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIO

14、NManagement-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel 2007 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten.Ref. Nr. CEN/TS 1591-3:2007 DCEN/TS 1591-3:2007 (D) 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung.4 1 Anwend

15、ungsbereich .5 2 Normative Verweisungen8 3 Formelzeichen8 4 Berechnungsparameter . 15 5 Innere Krfte (in der Verbindung) . 30 6 berprfung der zulssigen Belastungsgrenzen 39 Anhang A (informativ) Beispiel fr die Stauchkurve einer Dichtung 45 Anhang B (informativ) Verformung durch lokale Pressung. 49

16、Anhang C (informativ) Relaxation der Dichtung: Dreiparametriges Werkstoffmodell 51 Anhang D (informativ) Streubereich der Schrauben-Anziehverfahren. 55 Anhang E (informativ) Berechnungsschritte. 56 Anhang F (informativ) Ermittlung der Gleichgewichtsbedingungen 60 Literaturhinweise . 61 Vornorm CEN/T

17、S 1591-3:2007 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (CEN/TS 1591-3:2007) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 74 Flansche und ihre Verbindungen“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom DIN gehalten wird. EN 1591 Flansche und ihre Verbindungen Regeln fr die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Dichtungen

18、besteht aus den folgenden vier Teilen: Teil 1: Berechnungsmethode Teil 2: Dichtungskennwerte Teil 3: Berechnungsmethode fr Flanschverbindungen mit Dichtungen im Kraft-Nebenschluss (CEN/TS) Teil 4: Qualifizierung der Kompetenz von Personal zur Montage von Schraubverbindungen im Geltungsbereich der Dr

19、uckgerterichtlinie Entsprechend der CEN/CENELEC-Geschftsordnung sind die nationalen Normungsinstitute der folgenden Lnder gehalten, diese Technische Spezifikation anzukndigen: Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Li

20、tauen, Luxemburg, Malta, Niederlande, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, Schweiz, Slowakei, Slowenien, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Vereinigtes Knigreich und Zypern. Vornorm CEN/TS 1591-3:2007 (D) 4 Einleitung Verschraubte Flanschverbindungen mit Dichtungen im Kraft-

21、Nebenschluss werden in Industrieanlagen hufig bei schwierigen Einsatzbedingungen (Temperaturschwankungen, Drucksten) eingesetzt. Durch die Verwendung von Dichtungen im Kraft-Nebenschluss kann die Beschdigung des Dichtungselementes vermieden werden, indem fr die Dichtungspressung ein Grenzwert vorgeg

22、eben wird und die auf die Dichtung wirkenden Belastungsschwankungen begrenzt werden. Die vorliegende Technische Spezifikation beschreibt eine Berechnungsmethode, mit der die inneren Krfte der geschraubten Flanschverbindung unter allen Belastungsbedingungen bestimmt werden knnen. Sie stellt die Festi

23、gkeit der Konstruktion sowie die Dichtheit von verschraubten Flanschverbindungen mit Dichtungen im Kraft-Nebenschluss sicher (geschraubten Flanschverbindung, die nicht unter den Anwendungsbereich der EN 1591-1 fallen). Die Berechnungsmethode kann in drei Schritte unterteilt werden: Bestimmung des Sc

24、hraubenanziehmomentes, um Kraft-Nebenschluss zu erreichen. Bestimmung des Schraubenanziehmomentes zur Aufrechterhaltung des Kraft-Nebenschlusses und Erfllung aller Dichtheitskriterien unter allen Belastungsbedingungen. berprfung der zulssigen Belastungsgrenzen. Vornorm CEN/TS 1591-3:2007 (D) 1 Anwen

25、dungsbereich Der Zweck der vorliegenden Technischen Spezifikation ist die Beschreibung einer Berechnungsmethode fr verschraubte Flanschverbindungen (en: Bolted Flange Connections, BFC) mit Dichtungen im Kraft-Nebenschluss (en: metal to metal contact, MMC). Die Berechnungsmethode gilt fr verschraubte

26、 Flanschverbindungen (BFC), bei denen der Kraft-Nebenschluss in einem Bereich zwischen dem Auendurchmesser der Dichtung und dem Innendurchmesser des Schraubenlochbereiches wirkt. Bei MMC innerhalb der Dichtung sowie MMC auerhalb des Bereiches der Schraubenlcher ist die hier beschriebene Methode nich

27、t geeignet. Die in dieser Technischen Spezifikation vorgeschlagene Berechnungsmethode basiert hauptschlich auf der in EN 1591-1 beschriebenen Methode fr BFC mit Kraft-Hauptschluss. Das Verhalten des gesamten Systems Flansche/Schrauben/Dichtung wird bercksichtigt. Sowohl im Montagezustand als auch be

28、i allen nachfolgen-den Belastungszustnden werden die BFC-Bauteile durch innere Krfte zusammengehalten. Dies fhrt zu Verformungen und Krfteausgleich (siehe Anhang F), woraus sich die grundstzlichen Beziehungen zwischen den Vernderungen der Krfte in der verschraubten Flanschverbindung ergeben. Die Ber

29、echnung der verschraubten Flanschverbindung mit der Dichtung im Kraft-Nebenschluss fhrt gegenber der Berechnungsmethode nach EN 1591-1 zur Bercksichtigung einer weiteren Kraft: der Reaktionskraft im MMC-Bereich. Dies erklrt, warum in dieser Technischen Spezifikation zwei Gleichgewichtsbedingungen er

30、forderlich sind (nach der Berechnungsmethode in EN 1591-1 ist nur eine Gleichgewichtsbedingung zur Bestimmung der inneren Krfte bei allen Belastungsbedingungen erforderlich). Im Gegensatz zu EN 1591-1, nach der die Vernderungen der inneren Krfte anhand der Gleichgewichts-beziehung zwischen Montage-

31、und betrachtetem Lastzustand bestimmt werden, werden hier die Vernde-rungen der inneren Krfte ermittelt, indem die Gleichgewichtsbeziehungen zwischen zwei aufeinander folgenden Lastzustnden zu Grunde gelegt werden. Diese Methode bercksichtigt keine Flanschverbindungen ohne Dichtung. 1.1 Anforderunge

32、n, bezogen auf die Anwendung der Berechnungsmethode Innerhalb des Anwendungsbereichs bietet die Berechnungsmethode eine Mglichkeit zur Auslegung von verschraubten Flanschverbindungen neben anderen Methoden, z. B.: Bauteilprfungen; nachgewiesene Erfahrungswerte; Einsatz von standardisierten Flanschen

33、 innerhalb zulssiger Einsatzgrenzen. 1.2 Geometrie Die Berechnungsmethode gilt fr Konstruktionen mit: Flanschen, deren Querschnitt festgelegt ist oder den in EN 1591-1:2001, Bilder 4 bis 12, angegebenen Querschnitten gleichgesetzt werden kann; vier oder mehr identischen, gleichmig verteilten Schraub

34、en; Dichtungen im Kraft-Nebenschluss; Flanschmaen, die den folgenden Bedingungen entsprechen: a) 0,5/2,0;0,5/2,0 LLFFebeb b) () 302/10,0.01,0;maxFBBBFbppdee c) ()SSS/,/ ed+ 01011cos 5 Vornorm CEN/TS 1591-3:2007 (D) ANMERKUNG 1 Erluterung der Symbole, siehe Abschnitt 3. ANMERKUNG 2 Die Bedingung muss

35、 bei Bunden oder Brdeln in Verbindung mit Losflanschen nicht erfllt werden. 05,/FFebANMERKUNG 3 Die Bedingung ()3100010FBBF/,., bppe dient der Begrenzung der Ungleichmigkeit der Dichtungspressung, hervorgerufen durch die Abstnde zwischen den Schrauben. Die Werte 0,01 und 0,10 gelten fr weiche (nicht

36、 metallische) bzw. harte (metallische) Dichtungen. Eine genauere Berechnung ist in EN 1591-1:2001, Anhang A, enthalten. ANMERKUNG 4 Gegebenenfalls sind die Auswirkungen von Toleranzen und Korrosion auf die Mae zu berck-sichtigen; hierzu wird auf andere Regelwerke verwiesen, nach denen die Berechnung

37、 durchgefhrt wurde. Werte sind z. B. in EN 13445 und EN 13480 angegeben. Die folgenden Ausfhrungen fallen nicht in den Anwendungsbereich der Berechnungsmethode: Flansche mit im Wesentlichen nicht axialsymmetrischer Geometrie, z. B. geteilte Losflansche, mit Stegen verstrkte Flansche. 1.3 Werkstoffe

38、Werte fr zulssige Spannungen sind in dieser Berechnungsmethode nicht festgelegt. Sie sind in anderen angewendeten Regelwerken definiert, z. B. in EN 13445 und EN 13480. Zulssige Spannungen fr Schrauben sind wie fr Flansche und Schalen zu ermitteln. Die Dichtung wird dargestellt durch elastisches Ver

39、halten mit einem plastischen Anteil. Bei inkompressiblen verformbaren Dichtungen (z. B. Flachdichtungen, die grtenteils aus Gummi bestehen) knnen die Ergebnisse nach dieser Methode extrem konservativ sein (d. h. erforderliche Schraubenkraft zu hoch, zulssiger Mediendruck zu gering, erforderliche Fla

40、nschdicke zu gro usw.), da diese Eigenschaften nicht bercksichtigt werden. 1.4 Belastungen Diese Berechnungsmethode gilt fr die folgenden Belastungen: Mediendruck: innen oder auen; uere Belastungen: Axialkrfte und Biegemomente; axiale Verformungen von Flanschen, Schrauben und Dichtungen, insbesonder

41、e infolge von Temperatur-einflssen. 1.5 Mechanisches Modell Diese Berechnungsmethode basiert auf dem folgenden mechanischen Modell. a) Die Geometrie der Flansche und der Dichtung ist axialsymmetrisch. Kleine Abweichungen aufgrund einer begrenzten Anzahl von Schrauben sind erlaubt. Die Anwendung auf

42、geteilte Losflansche oder ovale Flansche ist nicht zulssig. b) Der Flanschquerschnitt (radialer Schnitt) wird nicht verformt. Nur Umfangsspannungen und Dehnungen im Ring werden behandelt; radiale und axiale Spannungen und Dehnungen werden vernachlssigt. Diese Annahme erfordert die Einhaltung von 1.2

43、 a). 6 Vornorm CEN/TS 1591-3:2007 (D) 7 c) Der Flanschring ist an eine zylindrische Schale angeschlossen. Ein kegeliger Ansatz wird wie eine quivalente zylindrische Schale mit berechneter Wanddicke behandelt, die im elastischen und plastischen Verhalten unterschiedlich ist, jedoch immer zwischen der

44、 gegebenen Mindest- und Hchst-dicke liegt. Kegelige Schalen und Kugelschalen werden behandelt wie zylindrische Schalen mit gleicher Wanddicke; Unterschiede zu zylindrischen Schalen werden in den Berechnungsformeln besonders bercksichtigt. Diese Annahme erfordert die Einhaltung von 1.2 c). An der Ver

45、bindungsstelle von Flanschring und Schale wird die Kompatibilitt von radialer Verschiebung und Drehung in der Berechnung bercksichtigt. d) Die Dichtung berhrt die Flanschflchen auf einer (berechneten) kreisfrmigen Flche. Die effektive Dichtungsbreite (radial) bGekann geringer als die tatschliche Dic

46、htungsbreite sein. Die Berechnung von bGeschliet die elastische Drehung beider Flansche sowie die elastische und plastische Verformung der Dichtung (nherungsweise) im Einbauzustand mit ein. e) Der lastabhngige Elastizittsmodul (Sekantenmodul) der Dichtung kann mit der Flchenpressung auf die Dichtung

47、 ansteigen. Das Verfahren verwendet ein lineares Modell: EG= E0+ K1 Q. Dies ist der elastisch-plastische Sekantenmodul bei Entlastung, gemessen zwischen 100 % und 33 % der hchsten Flchen-pressung auf die Dichtung. f) Die Relaxation der unter Pressung stehenden Dichtflche wird angenhert (siehe 4.9 un

48、d Anhang C). g) Thermische und mechanische axiale Verformungen von Flanschen, Schrauben und Dichtung werden bercksichtigt. h) Die Belastung der Flanschverbindung ist axialsymmetrisch. Das nicht axialsymmetrische Biegemoment wird als quivalente axiale Kraft behandelt, die nach Gleichung (75) axialsym

49、metrisch ist. i) Lastwechsel zwischen verschiedenen Lastzustnden bewirken innere Vernderungen der Schrauben-, Dichtungs- und MMC-Krfte. Diese werden unter Bercksichtigung der elastischen Verformungen aller Komponenten berechnet. j) Belastungsgrenzen basieren auf den Belastungsgrenzen der einzelnen Bauteile. bermige pla