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1、第六章 化工设备的主要零部件77397本文由fxdvictory贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第六章 的选用，管法兰的选用。 第一节 法兰连接 目的要求：使学生了解法兰连接的分类，法兰连接的密分机理以及容皿法兰 重点难点：1、什么是法兰连接及其分类（压力容皿法兰、管法兰） 2、法兰连接密封机理 3、法兰的选用 教学方法及手段：讲授和学生提问相结合 第六章 化工设备的主要零部件 第一节 法兰连接 化工设备，管道的联接通常分为：不可拆连接（焊接） 、可拆卸的连接（焊 接） 、可拆卸的连接（法兰连接、螺纹连接，插套连接）但化工设备、管道由
2、于 检修、安装等原因，通常选择一种可拆连接。 其中法兰连接是一种能同时刚度、强度、密封性及耐蚀性要求的可拆连接 一、法兰的分类： 法兰连接可分为压力容皿法兰和管法兰 1、压力容皿法兰 标准压力容皿法兰有： 甲型平焊法兰：刚度较小，适用压力低，筒体直径小。 乙型平焊法兰：同甲型相比有一较厚的短节，用与筒体或封头焊接（这样组 成增加了法兰的刚度）适用于大直径和较高压力场合。 长颈对焊法兰： 用根部增厚的颈取代了乙型的短节更有效地增大了法兰的刚 度，适用于压力更高，直径更大的场合。 2、管法兰： 板式平焊法兰：它直接与钢管焊接，在操作时法兰盘会产生形变弯曲应力 应力 带颈平焊法兰：由于增加了一厚壁的
3、短节法兰颈增加了刚度，能承受附加弯 曲应力，大大减小了法兰变形。 带颈对焊法兰：颈更长、承受附加弯曲应力的效果更好，法兰与管子间是对 焊连接，且焊接接头产生的应力集中小，承载能力高，适用范围广。 二、法兰连接的密封 1、密封机理： 流体在密封处的泄露两种路径： 1、通过垫片材料本体毛细管的渗透。 2、介质沿垫片与压紧面之间泄漏。 机理：在螺栓压紧力的作用下，使垫片产生变形以填满法兰密封面上凹凸不 平的间隙，阻止流体沿界面泄漏。 过程分为预紧与工作两阶段： 给螺栓一预紧力，使压紧面紧压扩建圈，当垫圈变形填满法兰密封面上的不 平处，阻止泄漏；垫圈单位面积上的压紧力称：热圈预紧密封比压 工作过程：当
4、设备管道打压后，螺栓受到拉伸，使密封面与垫圈的压紧力下 降，达到一定值时，开始泄漏，这个一定值叫工作密封比压。 要使密封有效： 使法兰密封面上实际存在的比压不低于预紧时垫圈的预紧密 封比压。 2、法兰密封的形式 压力容皿法兰密封有平面型，凹凸型及榫槽型。 1、平面型密封：在突出的平面上加工出几道浅沟，垫圈不定位，上紧螺栓 易向两侧伸展，不易压紧，适用于压力、温度较低的设备。 2、凹凸面密封：用一凹面一凸面组成，凹面上放垫圈，垫圈固定，密封效 果比平面好。 3、榫槽型密封：用一个榫和一个槽组成，垫卷放槽内密封效果良好。 总结：压力、温度低、密封要求不严格的设备采用平面密封，温度高、压力 高、密封
5、要求严用榫槽型密封、凹凸型介子两者之间 甲型平焊法兰配：平面型、凹凸型密封面。 乙型平焊法兰与长颈对焊法兰有三种密封面。 2、管法兰密封面形式有：突出、凹凸面、榫槽面和连环接面。 其实突出和全平面密封的垫圈设有定位挡台，密封效果差。凹凸型和榫槽型 的垫卷放在凹面或槽内，不易挤出，效果较好。 三、压力容皿法兰的标准及选用 由于化工生产过程中，法兰使用量大，为了批量生产及管理国内统一的标准 压力容皿法兰标准 1）法兰的公称直径与公称压力 压力容皿法兰的公称直径：与法兰相配套的筒体，封头的内径 管法兰的公称直径：与其相连的管子的公称直径； 压力容皿法兰及管法兰的公称压力指： 在设计条件下， 确定法兰
6、结构尺寸时， 所采取的设计压力七个等级：0.25、0.6、1.0、1.6 管法兰分十个等级：0.25、0.6、25.0 2）压力容皿法兰的尺寸系列： 由不同类型的法兰其公称直径与公称压力不同时得到的尺寸是不同的，见 66-5 结构 6-56-7 四、管法兰标准及选用 着重介绍钢制管法半、垫片、紧固件标准 1、管法兰的连接尺寸： 着重介绍中国广泛使用的钢管外径、 “公制管”系列 由法兰的结构尺寸和连接尺寸均可查出法兰标准。 6-7 合出由管法兰的连 表 接尺寸求得管法兰。 2、管法兰及其允许的最大工作压力： 材料尽量与管子一致，法兰盖可用 20R、16MnR、15CrMoR。最大工作压力 允用原
7、则：管道设计压力不得高于设计温度下法兰允许的最大工作压力的原则。 3、标准管法兰的选用。 见 P137 第六章 第三节 开孔与补强 目的要求：先通过给学生分析开孔附近的应力集中，再引入对压力容皿开孔 的限制与补强的要求；使学生了解补强的结构。 重点难点：1、开孔附近的应力集中 2、补强的结构 第二节 开孔与补强 设备上通常用于工艺需要会开孔，并安装接管、容皿开孔后，必会使容皿擘 强度有削弱，而且孔周边由于结构不连续造成很高的应力集中，因此必须虑容皿 开多大的孔较为安全，如何对大径直开孔进行补强，这为此节课的内容。 一、开孔附近的应力集中 容皿开孔后，在开孔处由于结构不连续必会在该区域产生较大的
8、附加应力， 这种局部应力急剧增长的现象称为应力集中。 接下来以单向受拉的矩形薄板上开孔为例说明，应力集中现象的基本特点。 板两侧作用均匀的拉应力%，平衡状态，选一处远离开孔的载面 a-a，其截 面上各点的应力将是均匀分布且等于%（力学平衡原理可知） 如果选取的截面穿过小孔，孔边缘由于结构不连续，应力集中，安上应交片 测应力变化，发现，小孔缘边缘处会急剧增长，但应力急剧增长 max =3%，离 开小孔边缘后，应力又会迅速衰减到 = % ，如图所示 为了描述小孔处应力集中的程度，引入后力集中系数 K = max / max 开孔边缘处的最大应力 不受开孔影响的横截面上的应力 即：开孔处应力比不开孔
9、处受应力增大的倍数，对于承内压容皿，壁皿本来 受有拉应力，开孔处必然 K 倍 ，这样必然会导致开孔处强度失效，为了压力 容皿的安全，尽量降低开孔处的应力集中，先分析应力集中的现象，有何特点， 从而才降 1 开孔处应力集中有局部性，且范围有限 100 10 2 开孔的相对尺寸 d/D 越长，集中系数越大 ( ) 开孔不宜过大。 1500 1500 3 被开孔壳体 / D 越小，集中系数 K 越大，尽量让开孔处壳体厚度大些， 降低应力集中系数。 4 增大接管壁厚也可降低应力集中系数，缓解应力集中。 二、对压力容皿开孔的限制 压力容皿上开孔后，不仅削弱强度，还引起应力集中由应力集中特点可知， 筒体直
10、径一定时，开孔越大越受状状况不好，所以根据 GB150 规定，开孔尺寸 有一定限制见 6-9 若由于工艺的需求，开孔直径超过表 6-9 范围应按特殊开孔处理。 当开孔同时满足三个条件时，可不进行体强。 1 P 2.5MPa 2 相对开孔 3 公称外径小于89mm 三、补强结构 常采用：补强圈补强、接管补强、整体锻件补强 1、补强圈补强（贴板补强） 开孔的周围焊上一块圆球状金属来进行补强一种方法； （由于开孔削弱了强 度，补上一块厚壁金属板从而让金属板分担开孔处集中应力，降低应力从而起到 补强效果） 由于施焊条件的限制，通常采用补强圈设容皿外部进行单面补强（a） （b） 优点：结构简单，价格低，
11、使用径成熟用于中、低压容皿。 缺点： 在高温、 高压或载荷反复波动的压力容皿上， 最好不采用补强圈补强。 2、接管补强 利用在补强有效区内的接管增加壁管进行补足被挖去的 （壳壁且承压的壳壁 部分） 这种结构补强的金属全部集中在最大应力区域有效降低开孔周围应力集中。 优点：结构简单，焊缝少，焊接质量检验，效果好，广泛高强度低合刚制造 化工设备。 3、整锻件补强 在开孔处焊上一个持制的整体锻件， 相当于把补强圈金属与开孔周围的壳体 之间金属熔合在一起，而且补强圈与壳体采用接接头受力状态好。 优点：是补强中效果最好的，抗疲劳性能也好。 缺点：机械加工量大，锻件来源比接管补强。 五、标准补强圈及其选用
12、 根据 HG215061992 和 GHJ5271990 来介绍一下补强圈的选用。 根据内侧焊接坡口不同，可分为 ABCDE 下六种 1）A 型：如图 A，设有开坡开，适用于无疲劳，无低温及大的温度梯度。 2）B 型：开有梯形坡口，角度大于 50左右，适用见 P143（2） 3）C 型：开有斜坡口，角度为 20左右，适用于 P144 4）D 型：开斜坡口，采用完全透焊的形式 5）E 型：开有 35左右的坡口，采用完全透焊形式 六、人手与人孔 为了便于压力容皿内部的安装、检修、检测，一般在压力容皿上开设人孔、 手孔。 1、人孔和手孔的分类，结构形式： 1 1）按是否承压常压人孔、承压人孔 1 2
13、）按开启方式分回转盖 2 水平吊盖 为了实现较好的工作效果，人孔结构仍是几种功能的组合。例如： 1）常压手盖人孔：就是在带有法兰的接管上加上一块音扳，如图 6-12（a） 用于常压、不需常检修设备。 2）快开人孔：用于经常需要检修的设备。 1 回转拱盖快开人孔：采用铰链螺栓，不用将螺栓全部拧下，旋出螺设的地 方可以打开，快启快速用于高空设备。 2 手摇快开人孔：用螺杆上下拉紧两个半圆的锥面卡环进行开启和密封，用 于间歇生产中快速装卸料。 3 旋柄快开人孔：用如图上方旋柄旋转达到开启，闭合的目的、适用间歇操 作材料、清洁等。 3）受压人孔：就在承压设备上安装。如 6-13 4）手孔：手孔的安装与
14、结构通常与人孔一致的，从开启方式也可分：回转 盖、常压快开、回转盖快开式、常压法兰上加音板口形式。只是手孔的公称值小 些。 2、设置原则 1 从需不需要开设人孔： Di = 450 900mm ，不开人孔，可开 12 手孔。 Di 900mm 以上，至少于一个 Di 2500mm 顶盖；筒体开一个人孔。 2 设备使用过程中，常开启的三快开式人手孔。 3 若受压设备人孔盖较重，采用吊盖式人孔或回转盖式人孔。 4 无腐蚀或轻微腐蚀的压力容皿，制冷、 3、人孔和手孔的选用 参照以下步骤： 1 用设备内径初选人孔、手孔类型、数量 2 选材，应与设备主体材质相同近 3 用和选用标准根据管道元件的相同，查
15、公称直径及公称压力。 4 校核筒节强度： n 圆整到钢管壁厚与标准人孔、手孔壁厚 S 相比 8 n 满 足强度要求。 七、接管 化工设备上的接管大致可分两类：一类是与物料进行的工艺管相联，短接管 热皿不开设查检孔。 较粗。另一类是用于检测温度、压力、液面，联以温度计，压力表等，此类接管 直径小，可带法兰。 第六章 式容皿支座、球形容皿支座。 第三节 支座 目的要求：先从支座的分类引出各种容皿的典型支座，如卧式容皿支座、立 重点难点：1、立式容皿的支座、耳式支座 2、卧式容皿支座：鞍式、圈式支座 3、球形容皿支座：赤道正切柱式支座 第三节 支座 化工设备通常利用支座来固定、支撑，常用的支座主要有：卧式容皿支座、 立式容皿支座、球形容皿支座 1 臣式容皿支座： 1 鞍式支座：由于形状酷似与鞍形而得名，通常用于卧式储罐，而且多用于 双鞍座形式（焊制，弯制） 2 圈式支座： 由于容皿自身重力造成大直径薄壁容皿和真空容皿生产严重找 1 曲，这种情况采用圈式支座：两个作用：支撑筒体 降低局部应力（加强圈） 3 支腿式支座：支承容皿的筒体部分即圆柱部分，并不承支封头，通常用于 高度小、中小型容皿。 2 立式容皿：耳式、支承工、
