旋转法兰直管总成应力分析

任四武

（中国石油集团西部钻探工程有限公司井下作业公司（储层改造研究中心），新疆，克拉玛依  834000）

摘  要：本文根据旋转法兰设计要求，为了便于法兰与直管的连接计算，从而建立直管及旋转法兰的有限元模型及材料特性，在此基础上对旋转法兰直管总成进行应力分析，得到其应力分布，最后利用相关准则对旋转法兰直管总成进行强度分析。经理论与实践验证，按照该方法计算的旋转法兰连接管总成在预紧工况和操作工况下可以满足其强度和寿命要求，因此该结构符合设计需要。

关键词：旋转法兰，直管，有限元，结构设计，应力分析

前  言

目前，法兰连接广泛应用于石油化工、电力能源等各个领域，是管道连接不可缺少的重要部件^[1]。在油气压裂管汇中，为改进安装工艺、降低现场安装及拆卸的劳动强度、提高效率，研发了一种名为旋转法兰直管总成的新型压裂管汇部件，该旋转法兰直管舍弃了强度较高的整体式结构，旋转法兰与直管利用凸台定位，螺栓预紧。由于在高介质压力作用下，直管变径台阶面易出现应力集中现象，易导致结构失效^[2-3]。

本文利用有限元软件，建立简化的旋转法兰直管总成模型，并进行预紧和操作工况下的应力分析和强度评定，验证旋转法兰直管设计的合理性。

1 模型简化及材料力学特性

1.1 模型简化

图1为旋转法兰直管主体结构，主要由管体、螺纹法兰、螺旋法兰、挡圈组成。根据主体结构，首先利用三维软件建立直管及旋转法兰，补充端部盲板法兰、BX156八角垫环及M39螺栓、螺母，得到装配体模型。

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