化工设备设计基础第10章压力容器零部件 ppt课件.ppt

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1、第10章压力容器零部件第一节法兰联接第二节容器支座第三节容器的开孔补强第四节容器附件第一节法兰联接一、法兰联接结构与密封原理二、法兰的结构与分类三、法兰密封的影响因素四、法兰标准及选用一、法兰联接结构与密封原理1.法兰联接结构1-被联接件（法兰）；2-密封元件（垫片）；3-联接件（螺栓、螺母）法兰密封失效很少是联接件或被联接件强度破坏，多因密封不好而泄漏。故法兰联接设计主要解决的问题是防止介质泄漏。流体密封的基本原理：在联接口处增加流体流动的阻力。当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封住

2、了。密封口泄漏途径：一是垫片渗漏，二是压紧面泄漏。垫片材料本身存在着大量的毛细管，渗漏是难免的；压紧面泄漏是密封失效的主要形式。一、法兰联接结构与密封原理2.法兰密封的原理预紧密封比压：形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的压紧力。工作密封比压：工作状态下维持密封结构不泄漏而作用在垫片单位面积上的残余压紧力。二、法兰的结构与分类㈠按法兰接触面分类1.窄面法兰：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包围的圆周范围内。2.宽面法兰：法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的内外两侧。二、法兰的结构与分类㈡按法兰与设备或管道的联

3、接方式分类1.整体法兰⑴平焊法兰：刚性较差，受力后法兰盘的矩形断面发生微小转动，与法兰相联的筒壁随着发生弯曲变形。⑵对焊法兰：提高了刚性；由于颈的根部厚度比器壁厚，降低了的弯曲应力；法兰与筒体对接焊缝强度好。二、法兰的结构与分类㈡按法兰与设备或管道的联接方式分类2.活套法兰法兰不需焊接，法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制造。法兰受力后不会对筒体或管道产生附加的弯曲应力，一般只适用于压力较低场合。二、法兰的结构与分类㈡按法兰与设备或管道的联接方式分类3.螺纹法兰法兰与管壁通过螺纹进行联接。法兰对管壁产生的附加应力较小

4、，螺纹法兰多用于高压管道上。方形法兰有利于把管子排列紧凑。椭圆形法兰通常用于阀门和小直径的高压管上。三、法兰密封的影响因素1.螺栓预紧力影响密封的一个重要因素：预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件；预紧力过大会使垫片被压坏或挤出。提高螺栓预紧力可增加垫片的密封能力。当密封所需要的预紧力一定时，采取减小螺栓直径，增加螺栓个数的办法对密封是有利的。三、法兰密封的影响因素2.压紧面(密封面)⑴平面型压紧面（a、b）压紧面表面为光滑平面，或有数条三角形断面沟槽。优点：压紧面结构简单，加工方便。缺点：压紧面垫片接触面积较大，预

5、紧时，垫片容易往两边挤，不易压紧，密封性能较差。当介质有毒或易燃易爆时，不得采用。三、法兰密封的影响因素2.压紧面(密封面)⑵凹凸型压紧面（c）压紧面是由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片。优点是便于对中，能防止垫片被挤出，故适用于压力较高的场合。⑶榫槽型压紧面（d）压紧面由一个榫和一个槽组成，垫片置于槽中，不会被挤流动。垫片可以较窄，压紧垫片所需的螺栓力较小。缺点是结构与制造比较复杂，更换挤在槽中的垫片困难，榫面部分容易损坏。适于易燃、易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。三、法兰密封的影响因素2.压紧面(

6、密封面)⑷锥形压紧面（左图）锥形压紧面是和球面金属垫片（称透镜垫片）配合而成锥角200。通常用于高压管件密封。缺点是需要的尺寸精度和表面光洁度高，直径大时加工困难。⑸梯形槽压紧面（右图）利用槽的内外锥面与垫片接触而形成密封的，槽底不起密封作用。压紧面一般与槽的中心线呈230，与椭圆形或八角形截面的金属垫圈配合。密封可靠，加工比透镜垫容易。用于高压容器和高压管道。三、法兰密封的影响因素3.垫片性能密封的必要条件：适当的垫片变形和回弹能力。垫片的变形和回弹能力与垫片的材料和结构有关。垫片材料：良好的变形性能和回弹能力；一定

7、的机械强度和适当的柔软性；工作温度下不易变质硬化或软化。非金属垫片材料：石棉板、橡胶板、石棉—胶板及合成树脂。金属－非金属混合制垫片：金属包垫片及缠绕垫片等。金属垫片材料：不要求强度高，而是要求软韧。常用的是软铝、铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金钢和18－8不锈钢等。三、法兰密封的影响因素4.法兰刚度法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形往往是导致密封失效的原因。提高法兰刚度的措施：增加法兰的厚度、减小螺栓力作用的力臂(即缩小螺栓中心圆直径)和增大法兰盘外径；对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸，将能显著提高法兰抗弯变形

8、能力。三、法兰密封的影响因素5.操作条件操作条件即压力、温度和介质的物理、化学性质。温度对密封性能的影响：①高温介质粘度小，渗透性大，容易泄漏；②介质在高温下对垫片和法兰的溶解与腐蚀作用将加剧，增加了产生泄漏的因素；③在高温下，法兰、螺栓、垫片可能发生蠕变，致使压紧面松弛，密封比压下降；④非金属垫片在高温下将加速老化或变质，甚至被