密封装置设计.
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、金属密封元件 2、窄面或线接触密封 3、自紧或半自紧密封
特点： ● 强制式密封 ● 采用窄面金属垫片 ● 主螺栓直径大 适用范围：t ≤200ºC
Di ≤1000mm
平垫密封
卡扎里密封
优点： ● 螺纹套筒代替主螺栓， 承载能力大，装拆方便。 ● 预紧螺栓直径小
缺点： 螺纹套筒可能锈蚀 而拆卸困难。 （螺纹套筒可用 主螺栓代替）
1、预紧工况
Fa=πDGby DG---垫片计算直径 b---垫片有效密封宽度 螺栓载荷Wa=Fa
2、操作工况 FP=2πDGbmPC 螺栓载荷WP==F4+FDPG2 PC +2πDGbmPC
螺栓直径
预紧工况：
Aa
Wa
[ ]b
操作工况：
AP
WP
[ ]tb
取Am=max＜Aa，AP＞
d0
2.5[
]tn
R [ ]tf
T [ ]tf
H
R
2
[ ]tf
H
T
2
[ ]tf
高压密封结构
高压密封的基本要求
1、工作可靠，在正常压力和温度波动范围 内均能保证密封。 2、结构简单紧凑，装拆、维修方便。 3、密封元件能耐介质腐蚀且价格便宜。
高压密封的基本特点
2、取消了主螺栓，使筒体端部尺寸减小。 缺点 零件多、结构复杂。
伍德密封
C形环密封
O形环密封
其它密封结构
环形内腔可增 加垫片弹性和 自紧作用，补 偿温度波动对 密封的影响。
特点 1、透镜垫和锥形密封面线接触，密封容易。
2、管道可小范围偏转，自位性好。
高压管道密封
3、松式法兰，管道所受附加力矩小。
适用范围： 大直径、高压力
双锥密封
双锥密封
g的大小 锥环刚度
锥环尺寸
双锥密封特点
预紧力的大小
1、结构简单，装拆方便、密封可靠。 2、半自紧密封，主螺栓直径较小。 3、压力和温度波动时也能保证良好密封。 适用范围：P=6.4~35MPa
t =0~400ºC
Di =400~2000mm
优点 1、全自紧式密封，压力和温度的波动不会影响密封可靠性。
2、操作工况---工作密封条件 操作密封比压----操作时，为保证密封，垫片单位面积上必须 维持的压紧力，通常取m倍的计算压力（mPC）。
保证密封的条件
预紧时，法兰密封 面上的比压不低于
预紧密封比压y
工作时，法兰密封面 上的比压不低于操作 密封比压，即m倍的 介质计算压力
影响密封的因素
螺栓预紧力 垫片性能
密封装置设计
螺栓法兰连接结构 及密封设计
高压密封结构
螺栓法兰 连接结构
密封机理
泄漏形式
螺栓法兰连接的密封条件
1、预紧工况---初始密封条件 垫片比压力（y）----在预紧工况下，形成初始密封条件时垫 片单位面积上所受的最小压紧力。 要求预紧工况下，垫片单位面积上的压紧力不小于y，否则 介质会发生泄漏。
垫片选择原则
① 要有全面的观念，综合考虑温度、压力、介质、 压ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面形式等方面要求，其中温度和压力是影响密 封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。
② 在保证密封的前提下，尽量选用结构简单、价格 便宜、便于安装和更换的垫片。
③ 依据标准和规范，重视实践经验。
垫片选用表（表4-10）
螺栓设计
螺栓载荷
4 Am
n
螺栓间距的限制
L (3.5 ~ 4)dB
螺 栓 最 大 间 距 ：L m a x
2d B
6 f
(m 0.5)
dB 螺栓公称直径
f 法兰有效厚度
螺栓最小间距（表4 -12）
螺栓材料
螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要 求是强度要高、韧性要好。
① 螺母更换比螺栓容易，且螺母价廉，所以要 求螺栓材料的强度比螺母高。
② 为避免螺栓和螺母咬死或胶合，要求螺栓材 料的硬度比螺母高HB30以上。
③ 对于t≤-20℃的螺栓，要求选用低合金钢，并 进行夏比V形缺口低温冲击试验。
法兰类型
按使用场合管 容道 器法 法兰 兰
松式法兰 按结构形式 整体法兰
任意式法兰
容器法兰标准
JB4700~4707-2000《压力容器法兰》
法兰标准钢制管法兰标准
HG20592~20635-1997
《钢制管法兰、垫片、紧固件》
GB9112~9125 JB/T 74~90
注意
* 一对相配的法兰必须选用同一标准
法兰公称直径（DN） —与法兰相配的筒体、封头或管子的公称直径。
法兰公称压力（PN） —指定材料的法兰在指定温度下的最大工作压力。
提高高压密封性能的措施
1、改善密封接触表面 2、改进垫片结构 3、采用焊接密封元件
螺栓载荷计算
平垫密封
螺栓法兰密封设计计算
双锥密封
1、预紧载荷分析
（1）压紧垫片所需螺栓力
代入几何关系：
（2）消除径向间隙g所需螺栓力
Wa W1 W1 W1
2、操作载荷分析
（1）内压对平盖的轴向力
（2）径向扩张力的轴向分力
h h
（3）回弹力的轴向分力
h
开孔和开孔补强设计
开孔接管部位的应力集中 ★强度削弱 ★不连续应力 ★局部应力 ★焊接缺陷和残余应力
允许不另行补强的最大开孔直径
开孔最大直径的限制
有效补强范围
B
δet δt △ C
di+2C
C1+2C2
δnt
δe δ
压紧面形式 和加工质 量
操作条件 法兰刚度
螺栓法兰连接设计
密封性设计 （压紧面、垫片、螺栓） 法兰标准简介 法兰强度计算方法简介
压紧面形式
垫片形状
垫片
平面形、O形、波形、齿形、八角形、 椭圆形等
垫片类型
① 非金属垫片 常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、 合成纤维、石墨等。 ② 金属垫片 常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。 ③ 组合式垫片 包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属 垫片等。
法兰公称压力等级欧美洲洲体体系系 * 两个体系间不能互相配用
法兰强度计算方法简介
弹性分析— 弹性失效设计准则(*) 塑性分析— 塑性失效设计准则 弹性分析设计计算方法WTiamteorssh法en(k*o)法
应力分析模型
法兰强度校核条件：
H
min
1.5[ ]tf
特点： ● 强制式密封 ● 采用窄面金属垫片 ● 主螺栓直径大 适用范围：t ≤200ºC
Di ≤1000mm
平垫密封
卡扎里密封
优点： ● 螺纹套筒代替主螺栓， 承载能力大，装拆方便。 ● 预紧螺栓直径小
缺点： 螺纹套筒可能锈蚀 而拆卸困难。 （螺纹套筒可用 主螺栓代替）
1、预紧工况
Fa=πDGby DG---垫片计算直径 b---垫片有效密封宽度 螺栓载荷Wa=Fa
2、操作工况 FP=2πDGbmPC 螺栓载荷WP==F4+FDPG2 PC +2πDGbmPC
螺栓直径
预紧工况：
Aa
Wa
[ ]b
操作工况：
AP
WP
[ ]tb
取Am=max＜Aa，AP＞
d0
2.5[
]tn
R [ ]tf
T [ ]tf
H
R
2
[ ]tf
H
T
2
[ ]tf
高压密封结构
高压密封的基本要求
1、工作可靠，在正常压力和温度波动范围 内均能保证密封。 2、结构简单紧凑，装拆、维修方便。 3、密封元件能耐介质腐蚀且价格便宜。
高压密封的基本特点
2、取消了主螺栓，使筒体端部尺寸减小。 缺点 零件多、结构复杂。
伍德密封
C形环密封
O形环密封
其它密封结构
环形内腔可增 加垫片弹性和 自紧作用，补 偿温度波动对 密封的影响。
特点 1、透镜垫和锥形密封面线接触，密封容易。
2、管道可小范围偏转，自位性好。
高压管道密封
3、松式法兰，管道所受附加力矩小。
适用范围： 大直径、高压力
双锥密封
双锥密封
g的大小 锥环刚度
锥环尺寸
双锥密封特点
预紧力的大小
1、结构简单，装拆方便、密封可靠。 2、半自紧密封，主螺栓直径较小。 3、压力和温度波动时也能保证良好密封。 适用范围：P=6.4~35MPa
t =0~400ºC
Di =400~2000mm
优点 1、全自紧式密封，压力和温度的波动不会影响密封可靠性。
2、操作工况---工作密封条件 操作密封比压----操作时，为保证密封，垫片单位面积上必须 维持的压紧力，通常取m倍的计算压力（mPC）。
保证密封的条件
预紧时，法兰密封 面上的比压不低于
预紧密封比压y
工作时，法兰密封面 上的比压不低于操作 密封比压，即m倍的 介质计算压力
影响密封的因素
螺栓预紧力 垫片性能
密封装置设计
螺栓法兰连接结构 及密封设计
高压密封结构
螺栓法兰 连接结构
密封机理
泄漏形式
螺栓法兰连接的密封条件
1、预紧工况---初始密封条件 垫片比压力（y）----在预紧工况下，形成初始密封条件时垫 片单位面积上所受的最小压紧力。 要求预紧工况下，垫片单位面积上的压紧力不小于y，否则 介质会发生泄漏。
垫片选择原则
① 要有全面的观念，综合考虑温度、压力、介质、 压ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面形式等方面要求，其中温度和压力是影响密 封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。
② 在保证密封的前提下，尽量选用结构简单、价格 便宜、便于安装和更换的垫片。
③ 依据标准和规范，重视实践经验。
垫片选用表（表4-10）
螺栓设计
螺栓载荷
4 Am
n
螺栓间距的限制
L (3.5 ~ 4)dB
螺 栓 最 大 间 距 ：L m a x
2d B
6 f
(m 0.5)
dB 螺栓公称直径
f 法兰有效厚度
螺栓最小间距（表4 -12）
螺栓材料
螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要 求是强度要高、韧性要好。
① 螺母更换比螺栓容易，且螺母价廉，所以要 求螺栓材料的强度比螺母高。
② 为避免螺栓和螺母咬死或胶合，要求螺栓材 料的硬度比螺母高HB30以上。
③ 对于t≤-20℃的螺栓，要求选用低合金钢，并 进行夏比V形缺口低温冲击试验。
法兰类型
按使用场合管 容道 器法 法兰 兰
松式法兰 按结构形式 整体法兰
任意式法兰
容器法兰标准
JB4700~4707-2000《压力容器法兰》
法兰标准钢制管法兰标准
HG20592~20635-1997
《钢制管法兰、垫片、紧固件》
GB9112~9125 JB/T 74~90
注意
* 一对相配的法兰必须选用同一标准
法兰公称直径（DN） —与法兰相配的筒体、封头或管子的公称直径。
法兰公称压力（PN） —指定材料的法兰在指定温度下的最大工作压力。
提高高压密封性能的措施
1、改善密封接触表面 2、改进垫片结构 3、采用焊接密封元件
螺栓载荷计算
平垫密封
螺栓法兰密封设计计算
双锥密封
1、预紧载荷分析
（1）压紧垫片所需螺栓力
代入几何关系：
（2）消除径向间隙g所需螺栓力
Wa W1 W1 W1
2、操作载荷分析
（1）内压对平盖的轴向力
（2）径向扩张力的轴向分力
h h
（3）回弹力的轴向分力
h
开孔和开孔补强设计
开孔接管部位的应力集中 ★强度削弱 ★不连续应力 ★局部应力 ★焊接缺陷和残余应力
允许不另行补强的最大开孔直径
开孔最大直径的限制
有效补强范围
B
δet δt △ C
di+2C
C1+2C2
δnt
δe δ
压紧面形式 和加工质 量
操作条件 法兰刚度
螺栓法兰连接设计
密封性设计 （压紧面、垫片、螺栓） 法兰标准简介 法兰强度计算方法简介
压紧面形式
垫片形状
垫片
平面形、O形、波形、齿形、八角形、 椭圆形等
垫片类型
① 非金属垫片 常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、 合成纤维、石墨等。 ② 金属垫片 常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。 ③ 组合式垫片 包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属 垫片等。
法兰公称压力等级欧美洲洲体体系系 * 两个体系间不能互相配用
法兰强度计算方法简介
弹性分析— 弹性失效设计准则(*) 塑性分析— 塑性失效设计准则 弹性分析设计计算方法WTiamteorssh法en(k*o)法
应力分析模型
法兰强度校核条件：
H
min
1.5[ ]tf