Eingabe in 1591

Mit Modul 1591 können Flanschverbindungen gleicher oder unterschiedlicher Flansche berechnet werden.

Es wird der Nachweis auf der Basis der Leckagemethode (Ausgabe April 2014) angewendet.

Um mit dieser Methode schnell zu belastbaren Ergebnissen zu kommen, wurde eine umfangreiche Dichtungsdatenbank dem Modul hinterlegt. Diese Datenbank erlaubt die Iteration der Dichtungswerte auf der Basis der Herstellerangaben.

Vorgehensweise:

Wichtig:

Das Modul PROJECT (Stückliste) wurde durch 2 Eingabefelder erweitert, die sowohl den Berechnungscode als auch die Werkstoff-Auswahl eindeutig definieren.

Beim Öffnen einer gespeicherten Datei werden automatisch der Werkstoffserver und die Berechnung auf die definierten Codes umgestellt.

Korrosionszuschläge c₂ können in Erweiterung zur Norm bei der Flanschdicke, dem Innendurchmesser und der Schalendicke berücksichtigt werden. Damit kann die Berechnung für den korrodierten und den nicht korrodierten Zustand durchgeführt werden. Möglich ist die Vorgabe nach Werkstoffliefernorm oder die Eingabe eines beliebigen – benutzerdefinierten – Korrosionszuschlages c_2.

Der Button < Grenzen der Schraubenkraft immer automatisch bestimmen > führt die Ermittlung des max. zulässigen Anzugsmomentes automatisch aus. In einem iterativen Berechnungsprozess ermittelt das Programm das max. zulässige Anzugsmoment. Dabei wird das Anzugsmoment erhöht, bis ein Festigkeitskriterium den Auslastungsgrad 100% erreicht hat. Dies kann das Festigkeitskriterium von Schraube, Dichtung oder Flansch sein.

Der Button < Grenzen der Schraubenkraft einmalig bestimmen > führt die Ermittlung des max. zulässigen Anzugsmomentes auf Benutzerwunsch aus. In einem iterativen Berechnungsprozess ermittelt das Programm das max. zulässige Anzugsmoment. Dabei wird das Anzugsmoment erhöht, bis ein Festigkeitskriterium den Auslastungsgrad 100% erreicht hat. Dies kann das Festigkeitskriterium von Schraube, Dichtung oder Flansch sein.

Hinweis:

Um Rechenzeit und überflüssige Berechnungsläufe einzusparen ist die einmalige Bestimmung der Grenze der Schraubenkraft vorzuziehen. Damit wird der komplette Rechenlauf nur durchgeführt, wenn der Benutzer dies wünscht.

Hier dargestellt sind die Belastungsgrade. Die Grenze des Schraubenanzugsmoments wurde so bestimmt, dass eine Auslastung am Flansch von ~ 100 % vorhanden ist.

Die Schraubenkraft wird vom Benutzer selbst vorgegeben. Siehe auch Schraubenanzugsmoment / -kraft vorgeben:

An einem Apparat soll eine Rohrleitung mit Flansch angeschlossen werden. Geprüft werden soll, ob die Dicke eines Standardflansches nach EN 1092 reduziert werden kann.

Die Rohrleitung, der rohrseitige Flansch und die Dichtung entsprechen genormten Teilen; Prüfzeugnisse / Herstellerzeugnisse liegen vor.

Eine Berechnung dieser Teile ist nicht erforderlich.

1.    Welche Mindeststärke des Flansches ist erforderlich?

2.    Welches Anzugsmoment ist für die Schrauben erforderlich?

Schritt 1 - Übersicht über die Vorgehensweise

Das Berechnungsmodul 1591 erstellt eine komplett dokumentierte Berechnung der Flanschverbindung. Alle notwendigen Größen können der Dokumentation entnommen werden. Die erforderlichen Eingabegrößen sind im Folgenden beispielhaft zusammengestellt.

Starten Sie das Programmpaket Festigkeit über das Startmenü (Start -> Programme) oder LV-Symbol. Geben Sie in der Suche 1591 ein und starten Sie dann das Modul 1591 per Doppelkick oder mit dem grünen Startpfeil.

Grundlegende konstruktive Vorgaben werden durch Auswahlboxen angewählt.

Festflansch mit Ansatz, Vorschweißflansch wird gewählt.

Die Geometrie des Gegenflansches kann identisch oder unterschiedlich sein. (z.B. Blindflansch)

In der Projekt-Übersicht finden Sie auch die Hilfsmodule für die verschiedenen Lastfälle. Eingaben machen Sie aber immer im Hauptmodul 1591! Sie können das Hauptmodul nach Ihren Vorstellungen umbenennen.

Es wird automatisch das Modul PROJECT (Projekt) mitgestartet. Hier sind die Liefernormen bereits eingetragen, können aber für jedes Projekt individuell angepasst werden.

Im Modul PROJECT geben Sie jetzt noch die zu verwendende Berechnungsvorschrift an und auch die Norm, nach der die Werkstoffdefinition erfolgen soll.

Die Einstellungen werden für das bestehende Projekt vorgenommen und mit der ATL abgespeichert.

Im oberen Bereich der Eingabemaske geben Sie für den Betrieb einen Überdruck von 14 bar vor, für die Betriebstemperatur 200 °C.

Für den Prüfdruck geben Sie P’ = 20 bar ein. Die Prüfung wird bei einer Temperatur von 20°C durchgeführt.

Hinweis

Für jeden Lastfall nach EN 1591 wie beispielsweise Betrieb und Prüfung wird gleichzeitig der Montagefall berechnet und in der Maske dokumentiert.

Häufig ist die Beanspruchung der Flanschverbindung im Einbauzustand d.h. nach dem Anziehen der Schrauben, aber noch bei Umgebungstemperatur und ohne Beaufschlagung mit Innendruck, größer als im Betriebszustand.

Durch den Innendruck sinkt die Druckbelastung der Dichtung, da ein Teil der Vorspannung ausgeglichen wird.

Die Werkstoffe werden in einer Werkstoffdatenbank verwaltet und vom Werkstoffserver-Programm an das Festigkeitsprogramm übergeben. Für die Auswahl der Werkstoffe stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung:

·         Eingabe der Werkstoffbezeichnung

·         Werkstoffsuche mit Eingabe eines Teils der Werkstoffbezeichnung

·         Auswahl aus einer Liste aller Werkstoffe

·         Stufenweise Einschränkung der Gesamtliste über Norm, Regelwerk und Halbzeug

Für die Temperatur der Schrauben können Sie die Temperatur des Flansches (200°C) eintragen.

Unterschiedliche Temperaturen oder verschiedene Wärmedehnungskoeffizienten von Flansch und Schraube können hohe thermische Dehnungen und dadurch große Spannungen erzeugen.

Um den Flansch materialsparend zu dimensionieren, sollten die Werkstoffe ähnliche Wärme-Ausdehnungs-koeffizienten aufweisen.

Für den Flanschwerkstoff geben Sie 1.4580 (EN10028-7) in das Feld für den Flanschwerkstoff des ersten und zweiten Flansches und ebenso für die Werkstoffe der Schalen ein.

Da der Werkstoff für den Mantel und Flansch gleich ist, können Sie diesen Werkstoff aus der Werkstoffliste per Doppelklick auswählen.

Tragen Sie anschließend die ersten Buchstaben der Werkstoffbezeichnung in das Eingabefeld für den Schraubenwerkstoff ein z.B. den Anfang der Werkstoffbezeichnung 1.7225 für den Schraubenwerkstoff / Edelstahlschraube in das Eingabefeld für den Schraubenwerkstoff

Klicken Sie in der Auswahlmaske des Werkstoffservers auf den gewünschten Werkstoff, z.B.

Schraube 1.7225:

Der Rohrleitungsflansch, der in den grundlegenden Maßen wie Lochkreisdurchmesser, Innendurchmesser, Dichtleistengeometrie, Schraubenlochdurchmesser usw. mit dem zu berechnenden Apparateflansch übereinstimmen muss, ist entsprechend der Apparatezeichnung bzw. Stückliste ein Stahlflansch nach EN 1092, Teil 1. auszuwählen.

Wählen Sie deshalb in der Auswahlmaske Geometrie ähnlich Abbildung Nr. 6.1 und Flansch nach EN 1092-1.

Nach Auswahl des Flanschtyps (hier Vorschweißflansch) wird durch Eingabe der Druckstufe und des Nenndurchmessers die Flanschgeometrie festgelegt.

Wählen Sie in dem Auswahlfeld: Leckageverfahren anwenden ?   JA

Dadurch verwendet das Programm die integrierte Dichtungsdatenbank mit Herstellerangaben.

Anschließend müssen die Dichtungsangaben eingetragen werden.

Durch die Auswahl von Flanschdurchmesser und Druckstufe sowie Art und Betriebstemperatur der Dichtung können die meisten Größen bereits automatisch in die Eingabemaske zur Flanschberechnung eingetragen werden, z.B.

·         Flansch-Innendurchmesser, Flansch-Außendurchmesser

·         Lochkreisdurchmesser, Schraubenzahl, Schraubenlochdurchmesser

·         Dichtungsinnen- und Dichtungsaußendurchmesser

·         minimale und maximale Pressung der Dichtung usw.

Ergänzen Sie die fehlenden Angaben soweit erforderlich:

Reibungsbeiwert Schraube-Gewinde m = 0.12

Sobald alle erforderlichen Eingaben vorhanden sind wird der Rechenlauf vom Programm automatisch gestartet.

Hinweis:

Dies gilt nur, wenn < Grenzen der Schraubenkraft immer automatisch bestimmen > aktiviert ist. < Siehe Grenzen der Schraubenkraft immer automatisch bestimmen>.

Danach scrollen Sie in der Berechnungsmaske bis zu den Ergebnissen nach unten

Jetzt können Sie die gesuchten Daten aus der Maske entnehmen, sortiert nach Erster Flansch, Zweiter Flansch und Flanschverbindung (Schraube und Dichtung)

Hier sehen Sie eine Übersicht über die Auslastung von Schraube, Dichtung, Erster und Zweiter Flansch, sowie die maximale Drehung des Flanschblattes.

Die zulässigen Schraubenanzugsmomente entnehmen sie der eigenen Rubrik Anziehkraft / Anziehmoment der Schrauben.

Wenn diese Funktion nicht aktiviert ist:

Das Programm führt die Ermittlung des max. zulässigen Anzugsmomentes automatisch aus. In einem iterativen Berechnungsprozess ermittelt das Programm das max. zulässige Anzugsmoment. Dabei wird das Anzugsmoment erhöht, bis ein Festigkeitskriterium den Auslastungsgrad 100% erreicht hat. Dies kann das Festigkeitskriterium von Schraube, Dichtung oder Flansch sein.

Wenn diese Funktion aktiviert ist:

Dann kann das Schraubenanzugsmoment / -kraft vom Benutzer vorgegeben werden.

z.B. 150 Nm

Das Programm berechnet auf Basis dieses vorgegebenen Anzugsmomentes die Auslastungsgrade und die Dichtheit. Da das Mindestanzugsmoment für Dichtheit bei 156 Nm liegt, wird das Programm ausgeben, dass die Dichtheit nicht gewährleistet werden kann.

Die Belastungsgrade sind jedoch im Normbereich.

Diese Funktion ermöglicht die Ermittlung der Leckagerate, wenn Sie diese abweichend von Norm-Werten ermitteln oder einsetzen möchten. Dies ist nur in sehr speziellen Einzelfällen erforderlich.

s. Variable 90 – Leckagerate [mg/(s·m)]

Hinweis:

Teilweise werden die Geometriebedingungen nicht erfüllt. Es ist im Einzelfall zu prüfen, welche Bedingung verletzt wurde und ob es konstruktive Möglichkeiten gibt, diese einzuhalten. Teilweise weisen Normflansche nach EN1092 ebenfalls Geometrieverletzungen auf. Im Normalfall sind diese jedoch zulässig.

Falls die Dichtungskraft nicht ausreicht, kann das Anzugsmoment überprüft werden. Je nach Fall sind Änderungen an der Dichtung, Schraubennenndurchmesser, Schraubenanzahl oder Werkstoffen notwendig.

Hinweis:

Es kann der Fall eintreten, dass die Ungleichung nicht erfüllt ist, wobei nur eine minimale Unterschreitung vorhanden ist.

Es empfiehlt sich dann eine Nachrechnung durch die Taste „F7“ durchzuführen. Aufgrund der Toleranz bei der Iteration kann dieser Fall eintreten. Durch eine Nachrechnung kann das Ergebnis nochmals geprüft werden.

Siehe Erläuterungen zu „Dichtungskraft Montage ausreichend“.

Darstellung der minimal notwendigen sowie der maximal zulässigen Nenn-Schraubenkraft

Hinweis:

Bei Vorgabe des Anzugsmomentes durch den Benutzer entfällt diese Auswertung, da vom Benutzer ein definierter Fall vorgegeben wird.

Bei der Berechnung sind verschiedene Lastfälle zu berücksichtigen. Diese werden in Hintergrundmodulen berechnet. Einzusehen sind diese Berechnungen in der Gruppe „1591 Lastfälle“

Darin enthalten sind z.B. Berechnungen für den Lastfall Prüfung, Betrieb sowie die Übersicht der Geometrieauswahl

Diese Berechnungen dienen der vollständigen Darstellung und müssen im Regelfall nicht durch den Benutzer bearbeitet werden. Es können hier Details der Berechnungen eingesehen werden.