第六章 法兰连接

基 大的场合，价格较高。
础
化 工 学 院
二、法兰的分类
化 （二）松式法兰－法兰不直接固定在壳体上或 工 者虽固定而不能保证法兰与壳体作为一个整体 设 承受螺栓载荷的结构，均划为松式法兰，如活 备 套法兰、螺纹法兰、搭接法兰。 机 械 基 础
化 工 学 院
二、法兰的分类
化 （二）松式法兰
工 活套法兰的法兰盘可以采用与设备或管道不同的
化 工 学 院 图6-8 螺纹法兰
(b)套在焊环上
图6-7 活套法兰
(c)带环的结构
二、法兰的分类
化 （三）任意式法兰
工 设
任意式法兰与壳体连成一体，刚性比整体 法兰差，如未焊透的焊接法兰。
备
机
械
基
础
化 工 学 院
法兰刚度
化
在实际生产中，由于法兰刚度不足而产生过大的
工 翘曲变形，往往是导致密封失效的原因。刚性大的法兰
四、压力容器法兰标准及选用
化 （一）压力容器法兰类型与结构
工
特别说明
设
备 乙型平焊法兰中DN 2000mm以下的规格均已包括
机 械 在长颈对焊法兰的规定范围之内。这两种法兰的
基 联接尺寸和法兰厚度完全一样。所以DN2000mm以 础 化 下的乙型平焊法兰，可以用轧制的长颈对焊法兰
工 代替，以降低法兰的生产成本。
焊法兰适用的压力范围较低（PN<4.0MPa）。
础
化 工 学 院
二、法兰的分类
化 ２．对焊法兰
工
对焊法兰又称高颈法兰或长颈法兰。颈的存在提
设 高了法兰的刚性，同时由于颈的根部厚度比筒体厚，
备 所以降低了根部的弯曲应力。此外，法兰与筒体（或
机 管壁）的联接是对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度
械 好，故对焊法兰适用于压力、温度较高或设备直径较
第六章 法兰连接
化 工 设 ➢了解法兰连接工作原理和垫片的种类； 备 机 ➢熟悉压力容器法兰和管法兰的类型；
械 基
➢掌握三种密封面的结构特点和应用范围。
础
化 工 学 院
第十章 法兰连接
化
工 设
第一节 压力容器法兰
备 一、法兰联接结构与密封原理
机 械
二、法兰的结构与分类
基 三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 工 1、螺栓预紧力
设 预紧力不能过小，必须使垫片压紧并实现初始密封条件； 备 预紧力也不能过大，否则将会使垫片被压坏或挤出。
机
械 基 础
提高螺栓预紧力，可以增加垫片的密封能力：加大预紧力 不仅可使渗透性垫片材料的毛细管缩小，且可提高工作密封比 压。由于预紧力是通过法兰压紧面传递给垫片的，要达到良好 的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。使预紧力分布均匀
第一节 压力容器法兰
化 一、法兰连接组成与密封原理
工
设
沿垫片与压紧面
备
之间的泄漏，泄漏量
机
大小主要与界面间隙
械
尺寸有关。是法兰密
基
封失效的主要途径。
础
化
工
通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏。可通过对
学 渗透性垫片材料添加某些填弃剂进行改良，或与不
院 透性材料组合成型来避免渗漏。
一、法兰连接组成与密封原理
设 变形小，并可使分散分布的螺栓力均匀地传递给垫片，
备 可提高密封性能。
机 提高法兰刚度的途径:
械 a.增加法兰的厚度；b.减小螺栓力作用的力臂(即缩小 基 螺栓中心圆直径)；c.增大法兰盘外径等都能提高法兰 础 的抗弯刚度；
化 工 学 院
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能力。但是过度提高法兰的 刚度，将使法兰笨重，提高整个法兰联接的造价。
化 （一）压力容器法兰类型与结构
工
1、甲型平焊法兰（JB/T 4701-2000）
设
备
法兰直接与容器的筒体或封头
机 械 基 础
焊接。在上紧和工作时均会作 用给容器器壁一定的附加弯矩， 且法兰盘自身的刚度也较小， 所以适用于压力等级较低和筒 体直径较小的范围内。
化
工
学
院
四、压力容器法兰标准及选用
化 （一）压力容器法兰类型与结构
机
内外锥面与垫片接触成梯形，
械 基
形成线密封，与椭圆或八角
础
形截面的金属垫圈配合。
化 工
适用于温度、压力有波动，
学
介质渗透性大的高压容器
院
四、压力容器法兰标准及选用
化 工
石油、化工上用的法兰标准有两类:
设
压力容器法兰标准；管法兰标准
备
（一）压力容器法兰类型与结构
机
械
基
础
化 工 学 院
四、压力容器法兰标准及选用
3.垫片性能
垫片密封面的塑性变形能力 ——实现初始密封；
垫片材料及结构的回弹能力 ——提高工作状态下的残余密封比压。
耐腐蚀能力。
础 力学性能，尤其抗高温蠕变能力。
化 工作温度下的变质硬化或软化性。
工
学
院
影响法兰密封的因素
化
工 设
4.法兰的刚度
备——法兰在外力作用下抵抗变形的能力。
机 械刚度小——受力後变形大，垫片受力不均，易泄漏。
化 工 学
法兰与垫片接触面积位 于法兰螺栓中心圆的内外两 侧，垫片上有螺栓孔图 (b)
院
(a)
(a) 图6-4 窄面法兰与
(b)
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工 设
密封面（压紧面）形式
备
平面型密封面
机
械
凹凸型密封面
基 础
密封面形式
榫槽型密封面
化
锥型密封面
工
学
梯形槽密封面
院
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工
4. 锥型密封面
设
备
机
通常用于高压密封，其
械
缺点是需要的尺寸精度
基
和表面粗糙度要求高。
础
须与透镜垫片配合，常
化
用于高压管道。
工 学
院
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工
5. 梯形槽密封面（RJ）
设
备
槽底不起密封作用，是槽的
化 2、法兰密封原理
工 法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的垫片
设 压紧，当垫片单位面积上所受到的压紧力达到一定的数
备 机 械
值会使垫片变形而被压实，把密封面上的凹凸不平处填 满，这样就为阻止介质泄漏形成初始密封条件。
基
所需的这个压紧力叫垫
础
片的预紧密封比压y，单
化 工 学
位为MPa。预紧密封比压 主要决定于垫片材质、结
院
构与厚度。
工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧力。垫片有足够回弹能 力，补偿变形，预紧密封比压y值不小于某一值(工作密封比 压:-使介质不泄漏，在密封面与垫片之间所必须保留下来的最 低比压，是设计压力的m倍，m垫片系数)，保持良好密封。
反之，回弹不足，预紧密封比压下降到工作密封比压以下， 甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效！！
化 工 设 备 机 械 （一）整体法兰－指法兰盘、颈部与容器(或接 基 管)三者有效地连接成一整体结构的法兰。 础
化 工 学 院
二、法兰的分类
化 １．平焊法兰-法兰盘焊接在设备筒体或管道上，制
工 造容易，应用广泛，但刚性较差。
设 法兰受力后，法兰盘的矩形截面发生微小转动，与法
备 机 械 基
兰相联的筒壁或管壁随着发生弯曲变形。于是在法兰 附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲应力。所以平
学
榫槽密封面适于易燃、易爆、有
院
毒的介质以及较高压力的场合。
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工
3. 榫槽型密封面(TG)
设
备
采用凹凸型或榫槽型密封面时，位
机
置怎样考虑？
械
基
立式容器法兰密封面的槽面
础
或凹面应向上；
化
卧式容器法兰密封面的槽面
工
或凹面应位于筒体上。
学
即：不易拆的部分与槽相连。
础 四、法兰标准及选用
化
工
学
院
法兰连接
化 工 设 备 机 械 ➢常见的可拆卸结构有法兰联接、螺纹联接和 基 承插式联接。 础
化 工 学 院
法兰连接优缺点
化
法兰联接有较好的强度和紧密性，适用尺寸范围
工 宽，在设备和管道上都能应用，所以应用最普遍。
设
但法兰联接时，不能很快地装配与拆卸，制造成
备 机
本较高。
一、法兰连接组成与密封原理
化 2、法兰密封原理
工
设
保证螺栓法兰连接紧密不漏的条件
备
机
械
要保证法兰密封，就必须使法兰密封面上
基
实际存在的比压，预紧时不低于垫片的预紧密
础
封比压，工作时应高于工作密封比压。
化
工
学
院
影响法兰密封的因素
化 工 1、螺栓预紧力 设 备 机 械 基 础
化 工 学 院
影响法兰密封的因素
学
用于所需压紧力不高且介质无毒的场
院
合。p≤2.5MPa
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工 2. 凹凸型密封面（MFM） 设
备 机
密封面是由一个凸面和一个
械
凹面相配合组成，在凹面上
基
放置垫片，由于凹面的外侧
础
有挡台，能够防止垫片压紧
化 工 学
时被挤出，便于对中。
可适用于压力较高的场合。 P≤6.4MPa，DN≤800mm
四、压力容器法兰标准及选用
化 （一）压力容器法兰类型与结构
工
3、长颈对焊法兰（JB/T 4703-2000）
设 备 机 械 基 础
长颈对焊法兰是用根部增厚 的颈取代了乙型平焊法兰中 的短节，从而更有效地增大 了法兰的整体刚度，同时法 兰与设备采用对接焊连接。
化 工 因此用于更高的压力范围(PN 0.6MPa～6.4MPa) 学 和直径范围(DN300mm～2000mm)，适用温度 院 范围为-20℃～450℃。
二、法兰的分类
化
按形状：
工
设
备
机
械
基
础
圆形法兰是最常见的，方形法兰有利于把管子
化
排列紧凑，椭圆形法兰通常用于阀门和小直径
工
的高压管子上，如填料压盖。
学
院
二、法兰的分类
化
工 按法兰接触面分类
ห้องสมุดไป่ตู้
设
(1)窄面法兰
备 机 械 基
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，图 (a) 。
础
(2)宽面法兰
化
工
学
院
四、压力容器法兰标准及选用
化 （二）压力容器法兰的尺寸系列
工 ①法兰的公称直径－指的是与法兰相配的筒体或封
设 备 机
化 的方法是在满足紧固和拆拆卸螺栓所需空间的情况下，增
工 加螺栓个数。因此，当密封所需要的预紧力一定时，采取减
学 小螺栓直径、增加螺栓个数的办法对密封是有利的。
院
影响法兰密封的因素
化
工 设
2、密封面（压紧面）形式
备
对压紧面的质量要求
机
械
基
础
化 工 学 院
影响法兰密封的因素
化
工 设 备 机 械 基
院
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工 1.平面型密封面（RF） 设
备
密封表面是一个突出的光滑平面，
机
也可车制三角形沟槽。
械
优点：密封面结构简单，加工方便且
基
便于进行防腐衬里。
础
缺点：垫片接触面积大，所需预紧力
化
大，螺栓承载大，笨重。垫片容易挤
工
出，不易压紧，密封性能差。
工
2、乙型平焊法兰（JB/T 4702-2000）
设 备
乙型法兰有一个壁厚不小于 16mm的圆筒形短节，短节，既
机
可增大整个法兰的刚度，又可
械
使容器器壁避免承受附加弯矩。
基
因而适用于较大直径和较高压
础
力的条件下。
化 工 用于PN0.25～1.6压力等级中较大直径范围还可用于 学 2.5 和4.0两个压力等级中较小直径范围。适用的全 院 部直径范围为300～3000mm，温度范围为20℃~350℃。
院
三、法兰连接受力分析及其实用结论
化 （二）压力容器法兰的结构
工
3. 榫槽型密封面(TG)
设
备
密封面是由榫面和槽面配合而成。
机 械 基 础
密封面较窄。垫片置于槽中，不 会被挤动。因而比以前两种密封 面密封效果好。缺点是结构与制 造比较复杂，更换挤在槽中的垫 片比较困难。
化
工
榫槽密封面规定不用非金属软垫片
械
基
础
化 工 学 院
第一节 压力容器法兰
化 一、法兰连接组成与密封原理
工 设 备
1、法兰连接组成： 一对法兰，若干螺栓、螺母
机
和一个垫片组成。
械
容器法兰与管法兰均已有标
基
准。根据公称直径和公称压
础
力，可以从标准中查到。
化
少量超出标准规定范围法兰，
工
才需进行设计。
学
故法兰连接的设计中主要
院
解决的问题是防止介质泄漏。
基
础
化 工 学 院
影响法兰密封的因素
5.操作条件
压力高—介质泄漏的推动力大。 温度高
—介质的粘度低，渗透性强，容易泄漏； —介质的腐蚀性能增强； —法兰、螺栓及垫片易发生蠕变，垫片比压下降； — 非金属垫片易发生老化，丧失塑性。 ·温度压力联合作用，并且反复波动，垫片容易发生“疲劳 ” 失效。
二、法兰的分类
学
院
四、压力容器法兰标准及选用
化 （一）压力容器法兰类型与结构
工 ➢甲型平焊法兰的密封面只有平面型与凹凸型两
设 种。
备 ➢乙型与长颈法兰则三种密封面形式均有。
机 ➢平焊与对焊法兰都有带衬环（C）的与不带衬环
械 的两种。
基
设备是由不锈钢制作时，采用碳钢（或低合
础
金钢）法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。
设 材料制造，用于铜制、铝制、陶瓷、石墨及其非
备 金属材料的设备或管道上。
机 受力后无附加弯曲应力，只适用于压力较低场合
械 基 础
螺纹法兰广泛用于高压管道上，法兰对管壁产生 的附加应力较小。但这种法兰刚度小，它的厚度 较厚，一般只适用于压力较低的容器上。
化
工
学
院
化 工 设 备 (a) 套在翻边上 机 械 基 础