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1、6.1 5.1.1.法兰连接结构与密封原理法兰连接结构与密封原理1.连接结构：第六章第六章 压力容器零部件设计压力容器零部件设计1教案容器零部件化工机械与设备法兰连接结构（外观）2教案容器零部件化工机械与设备法兰连接结构（剖开看）3教案容器零部件化工机械与设备法兰密封面泄漏的原因法兰密封面泄漏的原因：密封垫表面与法兰密封面之间有空隙,或截面内有毛细管泄漏通道。密封面两侧介质有压差推动力。从法兰密封连接过程看其密封原理：从法兰密封连接过程看其密封原理：（1）安装过程安装过程拧紧螺栓,垫片被压紧（垫内毛细管被切断；消除了与法兰密封面之间的空隙）。垫片单位面积上所受的压紧力，称为垫片密封比压。垫片单
2、位面积上所受的压紧力，称为垫片密封比压。当垫片密封比压达到某一值时，便具备了初始密封条件，此时的比压称为预紧密封比压。预紧密封比压。4教案容器零部件化工机械与设备（2）工作条件下工作条件下介质压力和温度均升高。螺栓被拉伸，法兰变形，法兰密封面相对有分离趋势。致使垫片比压下降。垫片回弹，补偿或部分补偿了法兰分离的位移。此时的残余比压若不小于某一值（称为工作密封比压），仍可保持良好密封状态。否则，将发生泄漏。5教案容器零部件化工机械与设备6教案容器零部件化工机械与设备1.整体法兰法兰与设备或管道不可拆卸。1）平焊法兰板式平焊法兰，带颈平焊法兰7教案容器零部件化工机械与设备8教案容器零部件化工机械与
3、设备平焊环松套板式翻边松套板式9教案容器零部件化工机械与设备3.螺纹法兰法兰与设备或管道之间以螺纹连接。10教案容器零部件化工机械与设备6.1.3 影响法兰密封的因素因素因素1.螺栓预紧力螺栓预紧力大小合适。垫片受力均匀。螺栓采取小直径多数量(四的倍数）。 对称拧紧的方法。11教案容器零部件化工机械与设备12教案容器零部件化工机械与设备因素因素3. 垫片性能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。力学性能，尤其抗高温蠕变能力。工作温度下的变质硬化或软化性。13教案容器零部件化工机械与设备14教案容器零部件化工机械与设备
4、垫片类型：垫片类型：15教案容器零部件化工机械与设备16教案容器零部件化工机械与设备17教案容器零部件化工机械与设备18教案容器零部件化工机械与设备19教案容器零部件化工机械与设备20教案容器零部件化工机械与设备法兰在外力作用下抵抗变形的能力。刚度小受力後变形大，垫片受力不均，易泄漏。法兰受力法兰受力：思考：法兰将如何变形？21教案容器零部件化工机械与设备法兰变形法兰变形1:22教案容器零部件化工机械与设备法兰变形法兰变形223教案容器零部件化工机械与设备增加法兰厚度；增加法兰厚度；减小螺栓力与垫片力作用点间距离；减小螺栓力与垫片力作用点间距离；增大法兰盘外径；增大法兰盘外径；螺栓数量要足够。
5、螺栓数量要足够。24教案容器零部件化工机械与设备 压力压力高介质泄漏的推动力大。温度温度高 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。25教案容器零部件化工机械与设备6.1.4 法兰标准26教案容器零部件化工机械与设备27教案容器零部件化工机械与设备压力容器法兰的选用压力容器法兰的选用 确定法兰连接尺寸的基本参数：公称压力（公称压力（PN）和公称直径（）和公称直径（DN)。.公称直径的确定： 管法兰与相联接管子的公称直径相同； 压力容器法兰 板
6、卷筒体，与相联接筒体的公称直径相同； 无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公称直径相同。28教案容器零部件化工机械与设备公称压力 PN 法兰材质 最大允许工作压力 (MPa)-20200 300350 0.6 Q235-A 0.4 0.33 0.30 16MnR 0.6 0.51 0.49 15MnVR 0.65 0.63 0.6法兰公称压力的确定：法兰公称压力的确定：.公称压力的确定：公称压力的确定：基准基准：以16MnR在 200时的力学性能为基准确定法兰尺寸系列。 即基准条件下，法兰的最大允许操作压力为该法兰的基准条件下，法兰的最大允许操作压力为该法兰的公称压力。公称压力。29教案容器零部件
7、化工机械与设备 确定压力容器法兰PN JB4700-92(见书P160,161,P331) （1）.压力容器法兰材质为20R，300 时设计压力为1.0MPa。其公称压力应该为多少？(P160) （2）管法兰材质为Q235-A,选用PN=0.6MPa，问300时能否承受0.4MPa的工作压力？(查得值为0.36,董大勤)30教案容器零部件化工机械与设备压力容器法兰设计步骤：压力容器法兰设计步骤：（1）确定DN;（2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力法兰材质、工作温度和最高工作压力，确定PN；（3）由PN,DN确定法兰形式及连接尺寸、螺栓尺寸及数量。（4）根据介质工作温度、工作压力确定密封面
8、及垫 片类型；（5）确定螺栓、螺帽材质；（6）绘制草图。31教案容器零部件化工机械与设备管法兰标准管法兰标准：1）HG205922063597 钢制管法兰、垫片、紧固件2）GB91129123 钢制管法兰注：压力容器安全技术监察规程推荐1）。32教案容器零部件化工机械与设备HG20592-97 管法兰类型：管法兰类型：33教案容器零部件化工机械与设备34教案容器零部件化工机械与设备方法兰椭圆形法兰35教案容器零部件化工机械与设备例题为一台精流塔配一对连接塔身与封头的法兰。为一台精流塔配一对连接塔身与封头的法兰。塔的内径为塔的内径为1000mm,操作温度为操作温度为280，设计压力，设计压力为为
9、0.2MPa。塔体材质为。塔体材质为Q235-B。介质无腐蚀性。介质无腐蚀性及其他危害。及其他危害。解：1.确定DN DN=1000mm（板卷筒体）。 2.确定PN 法兰材质也采用Q235-BR,根据操作温度（ 280C）及设计压力（0.2MPa)，查温度/压力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa) (P160)。 3.由DN和PN，查尺寸标准JB4701-92,确定连接尺寸及螺栓的规格数量(P335)。螺栓M20 ,36个36教案容器零部件化工机械与设备 4.确定密封面形式及垫片。 查表6-1，确定采用平形密封面，垫片采用耐油橡胶石棉垫。垫片尺寸由相应标准确定。表6-3 给出参考
10、宽度值：20mm。 5.确定螺栓螺帽材质。由相应标准查得。表6-6给出参考值：螺栓螺母均为Q235-A。 6.绘草图。螺栓M20 ,36个37教案容器零部件化工机械与设备6.2 容器支座作用：支撑容器的重量；固定位置。6.2.1 卧式容器支座卧式容器支座种类：种类：38教案容器零部件化工机械与设备1).支座反力计算每一支座的反力：F=mg/2式中 mg设备总重。2).筒体轴向弯矩哪里较大？支座处(2-2截面）弯矩为负，横截面的上部受拉，下部受压两支座中间处（1-1截面）： 弯矩为正横截面上部受压，下部受拉。筒体受压处可能出现何种破坏形式？方向如何筒体受压处可能出现何种破坏形式？方向如何？39教
11、案容器零部件化工机械与设备3).筒体的轴向应力计算在跨距中点：载荷介质压力，弯矩。在支座处：当ARm/2时，封头有支撑作用，保持筒体的圆形，保证了局部刚度。“”上部为负，“+”下部为正。40教案容器零部件化工机械与设备4).筒体轴向应力的验算 判据：B值得计算：1）由Rm和Se计算A:2）由A，依据材料线求B值；3）如A在材料线左侧，由下式计算：41教案容器零部件化工机械与设备42教案容器零部件化工机械与设备材质：垫板与筒体相同，其它-Q235-A.F 。43教案容器零部件化工机械与设备（2）鞍座标准及其标记鞍座分为轻型（轻型（A）和重型（重型（B）（BB）。 固定式F型； 活动式S型。标准号
12、：JB/T4712-92 . 鞍座标记：JB/T4712-92 鞍座鞍座 型号型号公称直径公称直径-F或或S例如：DN2600的轻型鞍座标记为JB/T4712-92 鞍座A2600-FJB/T4712-92 鞍座A2600-S44教案容器零部件化工机械与设备6).鞍座的位置鞍座的位置A的确定的确定：。L封头赤道圆（切点）间的距离。A赤道圆至支座中心线间的距离。思考：在施工图上，思考：在施工图上，L,A标注在赤道圆上，可否？标注在赤道圆上，可否？45教案容器零部件化工机械与设备6.2.2 立式容器支座立式容器支座46教案容器零部件化工机械与设备6.3 容器的开孔补强开孔处出现应力集中，应力集中系
13、数为： K=实际/膜其大小为多少？见平板开孔试验测试：实测结果：K3即应力集中点的实际应力大约为膜应力的3倍。47教案容器零部件化工机械与设备1.开孔补强原则：开孔补强原则： 等面积补强等面积补强。即规定局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔减去的壳体截面积。（1）补强圈结构补强圈结构材质厚度一般与壳体相同；补强圈要与壳体、接管很好地焊接，以同时受力。补强板上有一个M10小孔，用以检查焊缝缺陷；名曰泄漏信号孔。2.补强结构：48教案容器零部件化工机械与设备若须补强的接管较多，可采取增加壳体壁厚的办法，也称为整体补强。（2）加强元件结构（3）整体补强结构49教案容器零部件化工机械与设备同时满足如
14、下要求的，可不另行不强：（1）壳体设计压力p2.5MPa;（2）两相邻孔中心距不小于两孔直径之和；（3）接管的外径不大于89mm；（4）接管的最小壁厚满足下表要求：接管外径25 32 38 45 48 57 657689最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.050教案容器零部件化工机械与设备1. 开孔有效补强范围及补强面积的计算开孔有效补强范围及补强面积的计算 等面积补强等面积补强补强的金属量等于或大于开孔所补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量削弱的金属量。 图上看，应该考虑的截面是强度削弱较大的截面 轴（纵）向截面的面积：51教案容器零部件化工机械与设备B=2d d=接管内径+2C (C
15、=C1+C2)52教案容器零部件化工机械与设备 等面积补强，纵截面上的投影面积要满足下式： A1+A2+A3AA1壳体的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）；A2接管的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）；A3焊缝金属截面积; A壳体上需要补强的截面积。（表6-20 P179）53教案容器零部件化工机械与设备在补强区范围内，设 Ae =A1+A2+A3如果Ae A ,则无需补强；如果Ae A ，则需要补强。补强面积为 A4=A- Ae54教案容器零部件化工机械与设备2.开孔补强设计步骤开孔补强设计步骤：（1）确定壳体及接管的计算壁厚S和St ,C、C2以及d ；（2）确定有效宽度B和高度h1 、h2 ；（3）计算A1、 A2、A3和A ；（4）比较Ae (=A1+A2+A3)与A ，若Ae A,则无需补强，否则，须补强。（5）计算有效补强范围内另加补强面积A4A-Ae 。注意：补强板厚度和材质一般与壳体相同； 补强板外径一般与B值相同。55教案容器零部件化工机械与设备56教案容器零部件化工机械与设备6.4 容器附件容器附件57教案容器零部件化工机械与设备58教案容器零部件化工机械与设备59教案容器零部件化工机械与设备60教案容器零部件化工机械与设备61教案容器零部件化工机械与设备
