化工设备-10.ppt

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1、CHAP.10压力容器零部件与标准10.1压力容器法兰连接法兰连接的密封原理法兰受力分析法兰分类压力容器法兰标准(JB/T4700~4707-2000)10.2管法兰连接管法兰密封垫片紧固件10.3开孔补强与设备凸缘容器接管附近的应力集中补强结构与计算容器上开孔及补强的有关规定设备凸缘10.4容器支座卧式容器支座立式容器支座10.5人孔、手孔、视镜和液面计人孔和手孔视镜和液面计前面几章,我们主要讨论了内压容器筒体和封头的结构设计和强度计算中的一些共性问题。本章将讨论压力容器其他零部件——法兰、支座、人孔、安全附件等的强度问题。因为这些零部件应用很普遍。为了方便设计，减少计算工作

2、的繁复，对于一定压力和尺寸范围内使用的零部件，国内外制定了零部件标准，只有少数超出标准范围的才需要计算。因此，本章要求：1学习法兰、支座、人孔或手孔、安全附件标准的制定依据。2具体选用标准，逐步熟悉标准、手册。10.1压力容器法兰连接常用的可拆结构有：法兰连接、螺纹连接、插套联接。其中法兰联接有较好的强度和紧密型，且适用范围广，所以法兰联接用之最普遍。缺点是装拆不方便，成本较高。化工设备可拆结构要求：1保证紧密性：在工作压力、温度下不产生泄漏，密封可靠。2足够的强度：联接可靠、结构合理。3便于拆装。4、成本低。P0一、法兰连接的密封原理1、组成一对法兰，数个螺栓和一个垫片（圈）

3、组成。法兰：简单说是一个圆环，上开螺栓孔，与筒体或管子焊在一起。2、密封原理我们知道，阻止压力介质泄漏的基本要求是：压力介质通过密封口处的阻力降大于密封口两侧的介质压力差。否则，介质可能通过密封口向外界泄漏，即密封失败。密封原理分为两个阶段：（1）预紧阶段建立预紧密封条件螺栓力通过法兰压紧力达到某一值时，借助于垫圈的变形，把法兰密封面上的凹凸不平处填满，这样就建立了初始密封条件。达到预紧密封条件时，垫圈单位面积上的压紧力称为垫圈的预紧密封比压y。图(b)预紧时图(c)工作状态（2）工作阶段建立工作密封条件工作时，在介质压力作用下，螺栓受到进一步拉伸，法兰压紧面沿着彼此分离的方向

4、移动，密封面与垫圈的压紧力下降。若垫圈具有足够的回弹能力，能补偿螺栓和压紧面的变形，则预紧密封比压就会下降到某一值——工作密封比压，密封可靠。若垫圈的回弹能力不足，则预紧密封比压下降到工作密封比压之下，密封失效——泄漏。通常，实际工作压力要小于工作密封比压，这样更安全。为此，我们定义垫圈系数：（1～6）预紧密封比压y表示垫片在预紧状态下实现密封的难易程度。垫圈系数m表示垫片在工作状态下实现密封的难易程度。m、y与垫圈的材料、型式、厚度有关；一般由实验测知，不同垫圈的m、y可查有关表格。根据m、y及垫圈尺寸，我们可以计算螺栓力，设计螺栓尺寸及法兰。3、影响密封的因素（1）螺栓预紧

5、力1、提高螺栓预紧力，可以增加垫片的密封能力；2、减小螺栓直径，增加螺栓个数，使得螺栓力均匀地作用在垫圈上，有利于密封；3、螺栓太大，将垫圈压坏挤出，密封失效。（2）垫圈性能1、垫圈变形能力好，有利于密封（与材料有关）；2、垫圈的回弹能力好，有利于密封。（3）压紧面型式（密封面型式）压紧面又称密封面，密封面越窄，密封性能越好，线密封更好，但更换垫片困难。密封面不允许有径向刀痕，密封面光洁度要求（粗糙度）。（4）法兰刚度与法兰厚度、螺栓中心圆、法兰外径都有关。增大厚度，减小螺栓中心圆，增大法兰外径都可提高法兰刚度，对密封有利。（5）操作条件（温度、压力、介质）高温介质粘度小，易渗

6、漏；高压下，易渗漏。二、法兰受力分析1、法兰所受外力（1）预紧时(如右图a)T1：螺栓预紧力（沿螺栓圆周中心线等距离分布）N1：垫片作用力，沿垫圈圆周均布显然，T1=N1，所以内圈的N1和外圈的T1构成了力偶作用在法兰上。（2）、工作时(如右图b)T2：螺栓力T2>T1N2：垫片反力N2

7、如下图所示：所以，法兰设计应尽量减小弯曲应力：(1)减小外力矩的力臂，以缩小螺栓圆直径；(2)增大法兰厚度；(3)采用带颈法兰（如右图）。3、法兰的三个应力对法兰强度起主要作用的三个应力都是弯曲应力，而弯曲应力的大小又与受弯构件厚度的平方成反比，所以决定法兰强度大小的关键尺寸是法兰盘的厚度。对于带颈法兰，增加颈的厚度对提高法兰强度会有比增加法兰盘厚度更好的效果。（P249（3））三、法兰分类1、按垫片位置分：窄面法兰：垫片位于螺栓中心圆内侧（下图a）宽面法兰：垫片位于螺栓中心圆二侧（下图b）