化工机械基础111容器零部件设计.ppt

法兰密封的原理
预紧力压紧垫片。
压紧应力（垫片密封比压力）到一定 数值使垫片变形，密封面上微隙被填 满，形成初始密封条件。
密封比压力主要决定于垫片材质。
垫片材质确定后，垫片越宽，为保证 比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺 寸也越大，所以垫片不应过宽，更不 应该把整个法兰面都铺满垫片。
工作状态内压轴向力拉伸，降低了压 紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形， 预紧密封比压值不小于某一值(工作 密封比压)，保持良好密封。反之， 回弹不足，则此密封失效。
密封元件在操作压力作用下，仍然保 持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须 有足够大的强度和刚度，不发生过大 的变形。
二、法兰的分类
（一）整体法兰
１．平焊法兰，制造容易，应用广 泛，但刚性较差。
平焊法兰的适用范围：
法兰附近筒壁的截面上，将产生 附加的弯曲应力。所以平焊法兰 适用的压力范围较低
（PN<4.0MPa）。
２．对焊法兰
又称高颈法兰或长颈法兰。Байду номын сангаас
颈提高刚性，厚度比筒体厚，降 低根部弯曲应力。
对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝 强度好，对焊法兰适用于压力、 温度较高或设备直径较大的场合。
（二）松式法兰
法兰与容器或管道不连接，比整体 式连接强度差
法兰盘可用不同材料，用于铜制、 铝制、陶瓷、石墨及其非金属材料 的设备或管道上。
法兰联接强度较好和紧密性，适用尺 寸范围宽，设备和管道应用最普遍。
法兰联接不能很快装配与拆卸，制造 成本较高。
❖设备法兰与管法兰均已制定出标准。 根据公称直径和公称压力，可以从 标准中查到，少量超出标准规定范 围法兰，才需进行设计。
一、法兰联接结构与密封原理
组合件
联接件强度破坏很少见，多是密封不 好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。
长颈对焊法兰有厚度更大的颈，刚 性大。
更高压力范围(PN 0.6MPa～
6.4MPa)和直径范围
(DN300mm～2000mm)，适用
温度范围为-20℃～450℃。
乙型平焊法兰中DN 2000mm以下
规格包括在长颈对焊法兰的规定 范围之内。两者联接尺寸和法兰
厚度一样。DN2000mm以下的乙
型平焊法兰可用轧制长颈对焊法 兰代替，以降低成本。
压力容器和管道中常用的法兰密 封面型式和特点：
1、突面（RF）
光滑平面，可车制密纹水线。结构简 单，加工方便，便于进行防腐衬里。
接触面积大，预紧时垫片容易往两边 挤，不易压紧。
2、凹凸面（MFM）
凸面和凹面相配合，凹面上放置垫 片，防止垫片被挤出，适用于压 力较高。
3、榫槽面(TG)
❖槽中垫片不被挤动。 ❖螺栓力较小。获得良好的密封效果。 ❖结构较复杂，更换垫片较困难。 ❖榫面容易损坏， ✓适于易燃、易爆、有毒介质及较高 压力。 ✓压力不大时，即使直径较大，也能 很好密封。
第十一章 容器零部件设计
主要内容：
➢法兰联接结构与密封原理；法兰标 准及选用。
➢容器支座的类型和其它附件的结构 与应用。
➢开孔补强的原理与方法。
第一节 法兰联接
生产工艺要求，或为制造、运输、安 装、检修方便，常采用可拆卸的联 接结构。
常见的可拆卸结构有： 法兰联接 螺纹联接 承插式联接。
可拆卸联接应确保接口密封的可靠性。
❖平焊与对焊法兰 都有带衬环的与 不带衬环的两种。
当设备是由不锈钢 制作时，采用碳 钢法兰加不锈钢 衬环，可以节省 不锈钢。
3、公称直径与公称压力
根据公称直径与公称压力由法兰 标准确定法兰尺寸
✓压力容器法兰公称直径同压力 容器
例如DN 1000mm的压力容器，应 当配用DN 1000mm的压力容器
㈠ 螺栓预紧力
螺栓预紧力是影响密封一个重要因素。
❖预紧力使垫片压紧并实现初始密封。 ❖预紧力过大则垫片被压坏或挤出。 预紧力通过法兰密封面传递给垫片，
良好的密封，必须使预紧力均匀地作 用于垫片。
当需要预紧力一定时，采取增加螺栓 个数、减小螺栓直径对密封有利
㈡ 密封面
法兰联接密封性能与密封面型式 有关，密封面型式选择，主要 考虑压力、温度、介质。
金属缠绕垫片是薄低碳钢带(或合金钢 带)与石棉带一起绕制而成。不带定 位圈和带定位圈。
金属包垫片及缠绕垫片较单纯的金属 垫片有较好的性能，适应的温度与 压力范围较高一些。
金属垫片：
材料一般并不要求强度高，而是 要求软韧。
常用是软铝、紫铜、铁(软钢)、 蒙耐尔合金(含Ni67％，Cu30％， Cr4～5％)钢等。
主要用于中、高温和中、高压法 兰联接密封。
垫片材料的选择：
根据温度、压力以及介质腐蚀决定， 同时考虑密封面形式、螺栓力的 大小以及装卸要求等。
查表11-1
四、法兰标准及选用
石油、化工上用的法兰标准有 两类， 一类是压力容器法兰标准 一类是管法兰标准
㈠ 压力容器法兰标准
1．平焊法兰：
2．对焊法兰
法兰。
法兰公称压力：
与最大操作压力、操作温度以及 材料有关。
定义：以16MnR在200℃时的机 械性能为基准确定法兰尺寸，在 200℃时，它的最大允许操作压 力就认为是具有该尺寸法兰的公 称压力。
最常用垫片分为 非金属、 金属、
非金属与金属混合制的垫片
非金属垫片：
橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。 ✓柔软 ✓耐温度和压力性能较金属垫片差。 ❖只适用于常、中温和中、低压设
备和管道的法兰密封。
金属与非金属混合制垫片：
金属包垫片及缠绕垫片等。
金属包垫片用薄金属板（镀锌薄钢板、 0Cr18Ni9等）将非金属包起来；
受力后无附加弯曲应力，只适用于 压力较低场合
（三）任意式法兰
整体性介于整体法兰和松式法兰之 间，包括未焊透的焊接法兰。
圆形法兰最常见，方形法兰利于管子排列 紧凑，椭圆形法兰常用于阀门和小直径的 高压管子上。
三、影响法兰密封的因素
影响法兰密封的因素主要有： 螺栓预紧力； 密封面型式； 垫片性能； 法兰刚度； 操作条件。
4、全平面（FF）与环连接面（RJ）
❖全平面密封适合于压力较小的
场合（PN≤1.6MPa）；
❖环连接面主要用在带颈对焊法 兰与整体法兰上，适用压力范围
为（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）。
5、其他类型密封面 高压容器和高压管道用
球面（透镜）和椭圆或八角形截 面金属垫片
㈢ 垫片性能
垫片适当变形和回弹能力是形 成密封的必要条件。