EN 1591-1:2024 是欧洲法兰标准体系中最先进、最复杂的设计标准。它不再使用传统的、基于表格的简单方法，而是提供了一套基于力学模型的、适用于所有工况的通用计算方法。
核心范式转变：从“EN 13445-3 附录G”到“EN 1591”
要理解其重要性，必须先了解两种主要的设计方法：
传统方法（EN 13445-3 附录 G）：
这是一种规则性、简化的方法。
它基于典型的垫片系数（如m和y值）和预定的载荷工况。
优点是相对简单，适用于标准法兰和常规工况。
缺点是不够jingque，对于非标法兰、复杂载荷或特殊垫片可能不适用或过于保守。
新方法（EN 1591-1）：
这是一种基于性能、分析性的方法。
它将法兰连接视为一个完整的系统（包括两个法兰、螺栓、垫片），并考虑其在实际工况下的力学行为。
优点是高度jingque、适用性广，可以优化设计，节省材料和成本。
缺点是极其复杂，通常必须借助专业软件进行计算。
EN 1591-1:2024 就是这第二种方法的官方标准。
标准的主要目标和适用范围
目标： 为带垫片的圆形法兰连接提供一个统一、科学的设计和验证方法，确保其在安装、操作、压力、温度、外部载荷等多种工况下的紧密性和结构完整性。
适用范围： 适用于所有类型的圆形法兰连接，包括非标法兰、承受较大外部载荷（如弯矩、剪力）的法兰，以及使用新型垫片材料的场合。
核心内容与关键技术要点
1. 将法兰连接视为一个系统
EN 1591-1 的核心是分析了以下组件组成的整个系统：
法兰 1 和 法兰 2（可以是不同类型、不同材料）
螺栓
垫片
这些组件在载荷下相互作用，一个部件的变形会影响另一个部件的受力。
2. 考虑多种载荷工况
标准要求对法兰连接在整个生命周期内的多种临界状态进行校核，而不仅仅是操作状态：
装配工况： 螺栓预紧时，确保垫片初始密封。
操作工况： 在内压、温度和外部载荷作用下，确保密封和强度。
压力试验工况： 在试压条件下，确保安全性。
其他瞬态工况： 如升温/降温过程。
3. 垫片行为模型与“垫片常数”
这是EN 1591与旧方法最根本的区别。它不再使用传统的m和y值，而是采用更科学的垫片常数，通过实验确定：
Q_{min}: 达到初始密封所需的最小垫片比压。
Q_{s}: 在操作状态下维持密封所需的最小垫片比压。
E_{G}: 垫片的弹性模量。
P_{QR}: 垫片的塑性变形阈值。
这些常数更准确地描述了垫片在加载-卸载循环中的非线性力学行为。
4. 满足的设计准则
一个合格的法兰连接设计必须同时满足以下三个准则：
紧密性准则：
在装配时，施加在垫片上的实际比压必须 > Q_{min}。
在操作时，剩余的垫片比压必须 > Q_{s}。
强度准则：
法兰、螺栓和轮毂中的应力必须在材料允许的限度内，并且考虑了塑性垮塌和疲劳失效。
刚度准则：
法兰环必须有足够的刚度，以防止因过度旋转而导致垫片压紧力丧失。
5. 载荷补偿效应
EN 1591-1 考虑了一个关键效应：在操作状态下，内压产生的轴向力试图将两个法兰分开，这个力会部分地由法兰环的弹性变形来补偿，而不是完全由螺栓力来承担。这使得计算更接近实际，通常可以得出比传统方法更优化的结果（例如，可以使用更少的螺栓或更薄的法兰）。
6. 外部载荷
标准明确考虑了外部载荷（如管道作用在法兰上的弯矩、剪力和轴向力）对密封性能和结构完整性的影响，这是传统方法难以处理的。
谁需要使用 EN 1591-1:2024？
压力设备制造商： 设计非标准法兰或用于苛刻工况（高温、高压、循环载荷）的法兰。
管道应力工程师： 评估管道系统对法兰连接的影响。
垫片制造商和研究人员： 开发和表征新型垫片材料。
检验机构和认证机构： 对复杂法兰设计进行评审和认证。
实际应用与工具
由于计算极其复杂，涉及求解非线性方程组，手动计算EN 1591-1几乎是不可能的。在实际工程中，必须使用专业的软件工具，例如：
RINGTECH
AFT Fathom
各种专业的压力设备设计软件
重要性总结
安全性与可靠性： 提供了更科学、更jingque的方法来预测法兰连接在复杂工况下的行为。
经济性与优化： 可以避免过度设计，节省材料、制造和安装成本。
技术先进性： 代表了法兰连接设计领域的最高水平，是处理非标和苛刻工况的唯一可靠方法。
法规符合性： 使用此标准是满足欧盟压力设备指令对高风险设备设计要求的强有力证明。
结论： EN 1591-1:2024 是一部为专家和复杂工程问题准备的标准。它将法兰连接设计从一门“艺术”提升为一门jingque的“科学”。对于从事高端压力设备、化工、能源或核电行业的工程师来说，理解其基本原理和应用范围至关重要，尽管具体的计算工作通常由专业软件完成。