过程设备设计 教学课件 作者 郑津洋 董其伍 桑芝富 主编 44 3 4.ppt

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1、4.3常规设计4.3.4密封装置设计4.压力容器设计CHAPTERⅣDesignofPressureVessel14.1概述4.2设计准则4.3常规设计4.4分析设计4.5疲劳分析4.6压力容器设计技术进展4.3.3封头设计4.3.4密封装置设计4.3.5开孔和开孔补强设计4.3.6支座和检查孔4.3.7安全泄放装置4.3.2圆筒设计4.3.1概述4.3.8焊接结构设计4.3.9压力试验4.3.4密封装置设计24.3.4密封装置设计可拆密封装置螺纹连接承插式连接螺栓法兰连接——螺栓—垫片—法兰密封系

2、统本节主要内容密封机理及分类影响密封性能的主要因素螺栓法兰连接设计4.3.4密封装置设计3原理：性能：图4-22螺栓法兰连接结构1-螺栓；2-垫片；3-法兰4.3.4密封装置设计依靠螺栓预紧力把两部分设备或管道法兰环连在一起，同时压紧垫片，使连接处达到密封。较好的强度和密封性，结构简单，成本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。4密封装置的失效形式主要表现为泄漏泄漏量控制在工艺和环境允许的范围内4.3.4密封装置设计5本节主要内容密封机理及分类影响密封性能的主要参数螺栓法兰连接设计4.3.4密封装置设计6

3、4.3.4.1密封机理及分类一、密封机理泄漏途径渗透泄漏界面泄漏4.3.4密封装置设计7渗透泄漏：通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与材料性质有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，或与不透性材料组合成型来避免“渗透泄漏”；界面泄漏：沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。压紧面就是指上、下法兰与垫片的接触面。加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。“界面泄漏”是

4、密封失效的主要途径。泄漏4.3.4密封装置设计8界面泄漏渗透泄漏4.3.4密封装置设计9螺栓法兰连接的整个工作过程可用：图4-23尚未预紧工况、预紧工况、操作工况来说明（a）尚未预紧的工况将上、下法兰压紧面和垫片的接触处的微观尺寸放大，表面是凹凸不平的，这就是流体泄漏的通道。（a）尚未预紧工况4.3.4密封装置设计10（b）预紧工况。（无内压）拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。（b）预紧工况预紧(无内压)时，迫使垫片变

5、形与压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片单位面积上所需的最小压紧力，称为“垫片比压力”，用y表示，也称为最小压紧应力，单位为MPa。在预紧工况下，如垫片单位面积上所受的压紧力小于比压力y，介质即发生泄漏。引入概念1“预紧比压y”：y值仅与垫片材料、结构与厚度有关。4.3.4密封装置设计11通入介质，压力上升（c）操作工况一方面，内压引起的轴向力，使上下法兰压紧面分离，垫片压缩量减少，密封比压（即，压紧面上的压紧应力）下降导致另一方面，垫片弹性压缩变形部分产生回弹，补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离

6、，使压紧面上的密封比压力仍能维持一定值以保持密封性能。（c）操作工况为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加（维持）在垫片上的压应力，称为操作密封比压。操作密封比压往往用介质计算压力的m倍表示，这里m称为“垫片系数”，无因次。引入概念2“操作密封比压”：4.3.4密封装置设计12防止流体泄漏的基本方法在密封口增加流体流动的阻力泄漏时介质通过密封口的动力：密封口内外介质压力差泄漏时介质通过密封口的阻力：压紧面上的比压力预紧比压y操作密封比压当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被

7、密封。而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面上的比压力来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密封口的阻力越大，越有利于密封。4.3.4密封装置设计13由以上分析，在确立法兰设计方法时，把预紧工况与操作工况分开处理，从而大大简化了法兰设计。为此，对两个不同的工况分别引进两个垫片性能参数，即“最小压紧应力”或“比压力”y以及“垫片系数”m。预紧比压y：定义为预紧(无内压)时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片所必需的最小压紧载荷，因以单位接触面积上的压紧载荷计，故也称最

8、小压紧应力”，单位为MPa。y值仅与垫片材料、结构与厚度有关。垫片系数m：是指操作(有内压)时，达到紧密不漏，垫片所必须维持的比压与介质压力p的比值。4.3.4密封装置设计14不少生产实践和广泛的研究表明y和m值还与垫片尺寸，介质性质、压力、温度、压紧面粗糙度等许多因窜有关，而且m与y之间也存在内在联系。4.3.4密封装置设计15二、密封分类1、按获得密封比压力方法的不同分类强制密封自紧密封半自紧式密封2、按被密封介质的压力大小中低压密封高压密封4.3.4密封装置设计