压力容器的设计单元十三-压力容器零部件法兰.pptx
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1、第四章第四章 压力容器零部件压力容器零部件教学重点:教学重点:各零部件标准的选用。各零部件标准的选用。教学难点:教学难点:标准法兰的选用。标准法兰的选用。被连接件被连接件 连接件连接件 密封元件密封元件 法兰联接法兰联接螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓螺栓 2-垫片垫片 3-法兰法兰第一节第一节 容器法兰与管法兰容器法兰与管法兰一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理 1、密封组成、密封组成连接结构:法兰连接结构(外观)法兰连接结构(剖开看)泄漏途径泄漏途径 密封原理密封原理压紧面泄漏压紧面泄漏 垫片渗漏垫片渗漏 当压力介质通过密封口当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两
2、的阻力降大于密封口两侧的介质压力降时,介侧的介质压力降时,介质就被密封住质就被密封住2、工作原理、工作原理 螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓螺栓 2-垫片垫片 3-法兰法兰通过垫片材料本体毛细通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏。可通过管的渗透泄漏。可通过对渗透性垫片材料添加对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良,某些填充剂进行改良,或与不透性材料组合成或与不透性材料组合成型来避免型来避免“垫片渗漏垫片渗漏”。沿着垫片与压紧面之沿着垫片与压紧面之间的泄漏,泄漏量大间的泄漏,泄漏量大小主要与界面间隙尺小主要与界面间隙尺寸有关。寸有关。“压紧面泄压紧面泄漏漏”是密封失效的主是密封失效的主要途径
3、。要途径。垫片渗漏垫片渗漏压紧面泄漏压紧面泄漏泄漏泄漏压紧面泄漏压紧面泄漏垫片渗漏垫片渗漏 泄漏形式泄漏形式螺栓法兰连接的整个工作过程:螺栓法兰连接的整个工作过程:图图6-3(a)尚未预紧工况、尚未预紧工况、(b)预紧工况、预紧工况、(c)操作工况操作工况(a)尚未预紧工况)尚未预紧工况 将上、下法兰压紧面和垫片的将上、下法兰压紧面和垫片的 接触处的微观尺寸放大,表面接触处的微观尺寸放大,表面 是凹凸不平的,这就是流体泄是凹凸不平的,这就是流体泄 漏的通道。漏的通道。(a)尚未预紧工况尚未预紧工况密封机理图密封机理图(b)预紧工况(无内压)预紧工况(无内压)拧紧螺栓,螺栓力通过法兰压拧紧螺栓,
4、螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性紧面作用到垫片上。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。塞泄漏通道,形成初始密封条件。形成初始密封条件时垫片单位面积形成初始密封条件时垫片单位面积上所需的最小压紧力,称为上所需的最小压紧力,称为“垫片垫片垫片垫片比压力比压力比压力比压力”,单位为,单位为MPaMPa。在预紧工。在预紧工况下,如垫片单位面积上所受的压况下,如垫片单位面积上所受的压紧力小于比压力紧力小于比压力y y,介质即发生泄漏。,介质即发生泄漏。引入概念引入概念1“预紧比压预紧比压y”(b)预紧工况预紧工况密封机理图密
5、封机理图y值仅与垫片材料、值仅与垫片材料、结构与厚度有关。结构与厚度有关。通入介质通入介质压力上升压力上升密封比压下降密封比压下降导致导致垫片弹性压缩变形部分产生回弹,使压垫片弹性压缩变形部分产生回弹,使压紧面上的密封比压力仍能维持紧面上的密封比压力仍能维持一定值一定值一定值一定值以以保持密封性能。保持密封性能。为保证在操作状态时法兰的密封性为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加在垫片上的压应力,能而必须施加在垫片上的压应力,称为称为操作密封比压操作密封比压操作密封比压操作密封比压。操作密封比压往往用介质计算压力操作密封比压往往用介质计算压力的的m倍表示,倍表示,m称为称为“垫片系数垫片系
6、数”。引入概念引入概念2“操作密封比压操作密封比压”(c)操作工况操作工况(c)操作工况操作工况 密封机理图密封机理图二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类1、按法兰接触面分、按法兰接触面分 窄面法兰与宽面法兰窄面法兰与宽面法兰整体法兰整体法兰将将法法兰兰与与壳壳体体锻锻或或铸铸成成一一体体或或全全焊焊透透,典典型型的的整整体体法法兰兰有有一一个个锥锥形形的的颈颈脖脖,故故又又称称高高(长长)颈颈法法兰兰。法法兰兰受受力力后后会会使使容容器器产产生附加弯曲应力。生附加弯曲应力。2、按法兰与设备或管道的联接方式划分、按法兰与设备或管道的联接方式划分图图6-5 整体法兰整体法兰整体法兰整体法兰整
7、体法兰整体法兰松套法兰(活套法兰)松套法兰(活套法兰)法法兰兰不不直直接接固固定定在在壳壳体体上上或或虽虽然然固固定定而而不不能能保保证证法法兰兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。松套法兰松套法兰松套法兰松套法兰螺纹法兰螺纹法兰 法法兰兰和和管管壁壁通通过过螺螺纹纹进进行行连连接接,法法兰兰对对管管壁壁产产生生的的附附加应力较小。常用于高压管道。加应力较小。常用于高压管道。螺纹法兰螺纹法兰圆形、方形和椭圆形3、按法兰形状分、按法兰形状分 不同形状的法兰不同形状的法兰三、影响法兰密封的因素三、影响法兰密封的因素预紧力应均匀地作用到垫片上,可采取减小螺栓直
8、径、预紧力应均匀地作用到垫片上,可采取减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能。增加螺栓个数等措施来提高密封性能。预紧力不宜太大,否则使垫片整体屈服丧失回弹能力,预紧力不宜太大,否则使垫片整体屈服丧失回弹能力,甚至将垫片挤出或压坏。甚至将垫片挤出或压坏。适当提高预紧力可增加垫片的密封能力,即在正常工况适当提高预紧力可增加垫片的密封能力,即在正常工况下保留较大的接触面比压力。下保留较大的接触面比压力。预紧力使垫片压紧实现初始密封。预紧力使垫片压紧实现初始密封。1、螺栓预紧力、螺栓预紧力主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的主要根据工艺条件、密封口径以及准备采用的垫片等进行(常用垫片等进行
9、(常用5 5种)选择种)选择u形状和粗糙度应与垫片相匹配形状和粗糙度应与垫片相匹配;u使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高;使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高;u压紧面表面不允许有刀痕和划痕;压紧面表面不允许有刀痕和划痕;u应能均匀地压紧垫片,保证平面度和垂直度。应能均匀地压紧垫片,保证平面度和垂直度。压紧面的质量要求压紧面的质量要求 压紧面的型式压紧面的型式2、压紧面(密封面)、压紧面(密封面)平面型压紧面平面型压紧面 优点:结构简单,加工方便。优点:结构简单,加工方便。缺点:是接触面积大,需要的预紧比压大,螺栓承载大,故缺点:是接触面积大,需要的预紧比压大
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