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1、第第1010章章 压力容器零部件压力容器零部件第一节第一节 法兰联接法兰联接第二节第二节 容器支座容器支座第三节第三节 容器的开孔补强容器的开孔补强第四节第四节 容器附件容器附件第一节第一节 法兰联接法兰联接l一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理l二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类l三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l四、法兰标准及选用四、法兰标准及选用一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理l1.1.法兰联接结构法兰联接结构 1-1-被联接件（法兰）；被联接件（法兰）；2-2-密封元件（垫片）；密封元件（垫片）；3-3-联接件（螺栓、螺母）联接件（
2、螺栓、螺母）法兰密封失效很少是联接件或被联法兰密封失效很少是联接件或被联接件强度破坏，多因密封不好而泄接件强度破坏，多因密封不好而泄漏。故法兰联接设计主要解决的问漏。故法兰联接设计主要解决的问题是题是防止介质泄漏防止介质泄漏。l流体密封的基本原理：流体密封的基本原理：在联接口处增加流体流动的阻力。当压在联接口处增加流体流动的阻力。当压力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧的介质压力差时，力介质通过密封口的阻力降大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封住了。介质就被密封住了。l密封口泄漏途径：密封口泄漏途径：一是垫片渗漏，二是压紧面泄漏。垫片材料一是垫片渗漏，二是压紧面泄漏。垫片材料本身存在着
3、大量的毛细管，渗漏是难免的；压紧面泄漏是密封本身存在着大量的毛细管，渗漏是难免的；压紧面泄漏是密封失效的主要形式。失效的主要形式。一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理l2.2.法兰密封的原理法兰密封的原理l预紧密封比压：预紧密封比压：形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的形成初始密封条件时在垫片单位面积上受到的压紧力。压紧力。l工作密封比压工作密封比压：工作状态下维持密封结构不泄漏而作用在垫片：工作状态下维持密封结构不泄漏而作用在垫片单位面积上的残余压紧力。单位面积上的残余压紧力。二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类l 按法兰接触面分类按法兰接触面分类1.1.窄面法兰窄面
4、法兰：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包：法兰与垫片的整个接触面积都位于螺栓孔包围的圆周范围内。围的圆周范围内。2.2.宽面法兰宽面法兰：法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的：法兰与垫片接触面积位于法兰螺栓中心圆的内外两侧。内外两侧。二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类l 按法兰与设备或管道的联接方式分类按法兰与设备或管道的联接方式分类 1.1.整体法兰整体法兰l 平焊法兰：平焊法兰：刚性较差，受力后法兰盘的矩形断面发生微小转动，刚性较差，受力后法兰盘的矩形断面发生微小转动，与法兰相联的筒壁随着发生弯曲变形与法兰相联的筒壁随着发生弯曲变形。l 对焊法兰：对焊法兰：提高了刚性；由于颈的
5、根部厚度比器壁厚，降低了的提高了刚性；由于颈的根部厚度比器壁厚，降低了的弯曲应力；法兰与筒体对接焊缝强度好。弯曲应力；法兰与筒体对接焊缝强度好。二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类l 按法兰与设备或管道的联接方式分类按法兰与设备或管道的联接方式分类 2.2.活套法兰活套法兰 l法兰不需焊接，法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制造。法法兰不需焊接，法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制造。法兰受力后不会对筒体或管道产生附加的弯曲应力，一般只适用于压兰受力后不会对筒体或管道产生附加的弯曲应力，一般只适用于压力较低场合。力较低场合。二、法兰的结构与分类二、法兰的结构与分类l 按法兰与设备或管道
6、的联接方式分类按法兰与设备或管道的联接方式分类 3.螺纹法兰螺纹法兰l法兰与管壁通过螺纹进行联接。法兰对管壁产生的附加法兰与管壁通过螺纹进行联接。法兰对管壁产生的附加应力较小，螺纹法兰多用于高压管道上。应力较小，螺纹法兰多用于高压管道上。方形法兰方形法兰有利于把管子排列紧凑。有利于把管子排列紧凑。椭圆形法兰椭圆形法兰通常用于阀门和小直径的高压管上。通常用于阀门和小直径的高压管上。三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l1.1.螺栓预紧力螺栓预紧力影响密封的一个重要因素：预紧力必须使垫片压紧并实现影响密封的一个重要因素：预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件；预紧力过大会使垫片被压坏或挤出
7、。提高初始密封条件；预紧力过大会使垫片被压坏或挤出。提高螺栓预紧力可增加垫片的密封能力。螺栓预紧力可增加垫片的密封能力。当密封所需要的预紧力一定时，采取减小螺栓直径，增加当密封所需要的预紧力一定时，采取减小螺栓直径，增加螺栓个数的办法对密封是有利的。螺栓个数的办法对密封是有利的。三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l2.2.压紧面压紧面(密封面密封面)平面型压紧面（平面型压紧面（a、b）l压紧面表面为光滑平面，或有数条三角形断面沟槽。压紧面表面为光滑平面，或有数条三角形断面沟槽。l优点：压紧面结构简单，加工方便。优点：压紧面结构简单，加工方便。l缺点：压紧面垫片接触面积较大，预紧时，垫
8、片容易往两边挤，不缺点：压紧面垫片接触面积较大，预紧时，垫片容易往两边挤，不易压紧，密封性能较差。易压紧，密封性能较差。当介质有毒或易燃易爆时，不得采用当介质有毒或易燃易爆时，不得采用。三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l2.2.压紧面压紧面(密封面密封面)凹凸型压紧面（凹凸型压紧面（c）l压紧面是由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片。压紧面是由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片。优点是便于对中，能防止垫片被挤出，故适用于压力较高的场合。优点是便于对中，能防止垫片被挤出，故适用于压力较高的场合。榫槽型压紧面（榫槽型压紧面（d）l压紧面由一个榫和一个槽组成，垫片
9、置于槽中，不会被挤流动。垫压紧面由一个榫和一个槽组成，垫片置于槽中，不会被挤流动。垫片可以较窄，压紧垫片所需的螺栓力较小。缺点是结构与制造比较片可以较窄，压紧垫片所需的螺栓力较小。缺点是结构与制造比较复杂，更换挤在槽中的垫片困难，榫面部分容易损坏。适于易燃、复杂，更换挤在槽中的垫片困难，榫面部分容易损坏。适于易燃、易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l2.2.压紧面压紧面(密封面密封面)锥形压紧面（左图）锥形压紧面（左图）l锥形压紧面是和球面金属垫片（称透镜垫片）配合而成锥角锥形压紧面是和球面金属垫片（称透镜垫片）
10、配合而成锥角20200 0。通。通常用于高压管件密封。缺点是需要的尺寸精度和表面光洁度高，直常用于高压管件密封。缺点是需要的尺寸精度和表面光洁度高，直径大时加工困难。径大时加工困难。梯形槽压紧面（右图）梯形槽压紧面（右图）l利用槽的内外锥面与垫片接触而形成密封的，槽底不起密封作用。利用槽的内外锥面与垫片接触而形成密封的，槽底不起密封作用。压紧面一般与槽的中心线呈压紧面一般与槽的中心线呈23230 0，与椭圆形或八角形截面的金属垫圈，与椭圆形或八角形截面的金属垫圈配合。密封可靠，加工比透镜垫容易。配合。密封可靠，加工比透镜垫容易。用于高压容器和高压管道。用于高压容器和高压管道。三、法兰密封的影响
11、因素三、法兰密封的影响因素l3.3.垫片性能垫片性能密封的必要条件：密封的必要条件：适当的垫片变形和回弹能力。垫片的变形和回弹适当的垫片变形和回弹能力。垫片的变形和回弹能力与垫片的材料和结构有关。能力与垫片的材料和结构有关。l垫片材料：垫片材料：良好的变形性能和回弹能力；一定的机械强度和适当的良好的变形性能和回弹能力；一定的机械强度和适当的柔软性；工作温度下不易变质硬化或软化。柔软性；工作温度下不易变质硬化或软化。l非金属垫片材料：非金属垫片材料：石棉板、橡胶板、石棉石棉板、橡胶板、石棉胶板及合成树脂。胶板及合成树脂。l金属非金属混合制垫片：金属非金属混合制垫片：金属包垫片及缠绕垫片等。金属包
12、垫片及缠绕垫片等。l金属垫片材料：金属垫片材料：不要求强度高，而是要求软韧。常用的是软铝、铜、不要求强度高，而是要求软韧。常用的是软铝、铜、铁铁(软钢软钢)、蒙耐尔合金钢和、蒙耐尔合金钢和18188 8不锈钢等。不锈钢等。三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l4.4.法兰刚度法兰刚度法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形往往是导致密封失效法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形往往是导致密封失效的原因。的原因。提高法兰刚度的措施：提高法兰刚度的措施：l增加法兰的厚度增加法兰的厚度、减小螺栓力作用的力臂减小螺栓力作用的力臂(即缩小螺栓中心圆直径即缩小螺栓中心圆直径)和和增大法兰盘外径增大法兰盘外径；l
13、对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸，将能显著提对于带长颈的整体和活套法兰，增大长颈部分的尺寸，将能显著提高法兰抗弯变形能力。高法兰抗弯变形能力。三、法兰密封的影响因素三、法兰密封的影响因素l5.操作条件操作条件操作条件即压力、温度和介质的物理、化学性质。操作条件即压力、温度和介质的物理、化学性质。温度对密封性能的影响：温度对密封性能的影响：l 高温介质粘度小，渗透性大，容易泄漏；高温介质粘度小，渗透性大，容易泄漏；l介质在高温下对垫片和法兰的溶解与腐蚀作用将加剧，介质在高温下对垫片和法兰的溶解与腐蚀作用将加剧，增加了产生泄漏的因素；增加了产生泄漏的因素；l 在高温下，法兰、螺栓、垫
14、片可能发生蠕变，致使压紧在高温下，法兰、螺栓、垫片可能发生蠕变，致使压紧面松弛，密封比压下降；面松弛，密封比压下降；l 非金属垫片在高温下将加速老化或变质，甚至被烧毁；非金属垫片在高温下将加速老化或变质，甚至被烧毁；l 在高温作用下，由于密封组合件各部分的温度不同，发在高温作用下，由于密封组合件各部分的温度不同，发生热膨胀不均匀，增加了泄漏的可能；如果当温度和压力生热膨胀不均匀，增加了泄漏的可能；如果当温度和压力联合作用时，又有反复的激烈变化，则密封垫片会发生联合作用时，又有反复的激烈变化，则密封垫片会发生“疲劳疲劳”，使密封完全失效。，使密封完全失效。四、法兰标准及选用四、法兰标准及选用l1
15、.1.压力容器法兰标准压力容器法兰标准 平焊法兰平焊法兰 l平焊法兰分成甲型平焊法兰（平焊法兰分成甲型平焊法兰（JBJBT4701-2000T4701-2000）与乙型平焊法兰（）与乙型平焊法兰（JBJBT4702-2000T4702-2000），区别是乙型法兰有一个壁厚不小于），区别是乙型法兰有一个壁厚不小于16mm16mm的圆筒形短的圆筒形短节，其刚性比甲型平焊法兰好。甲型的焊缝开节，其刚性比甲型平焊法兰好。甲型的焊缝开V V型坡口，乙型的焊缝型坡口，乙型的焊缝开开U U型坡口。型坡口。对焊法兰（对焊法兰（JBJBT4703T470320002000）l将乙型平焊法兰中的短节，换成一个根部
16、加厚的将乙型平焊法兰中的短节，换成一个根部加厚的“颈颈”，使法兰的整，使法兰的整体强度和刚度更大。体强度和刚度更大。四、法兰标准及选用四、法兰标准及选用l2.2.压力容器法兰的尺寸压力容器法兰的尺寸 法兰尺寸的基本参数法兰尺寸的基本参数l 法兰的公称直径法兰的公称直径DNDN。指指的是与法兰相配筒体或封头的是与法兰相配筒体或封头的公称直径。的公称直径。l 法兰公称压力法兰公称压力PNPN。在规在规定设计条件下，确定法兰结定设计条件下，确定法兰结构尺寸时采用的设计压力。构尺寸时采用的设计压力。分分0.250.25、0.60.6、1.01.0、1.61.6、2.52.5、4.04.0和和6.4MPa6.4MPa7 7个等级。个等级。四、法兰标准及选用四、法兰标准及选用l2.2.压力容器法兰的尺寸压力容器法兰的尺寸 确定法兰尺寸的计算基础及选用确定法兰尺寸的计算基础及选用l法兰系列表中的法兰尺寸：规定法兰系列表中的法兰尺寸：规定设计温度是设计温度是200200、规、规定法兰材料是定法兰材料是16MnR16MnR或或16Mn16Mn锻件锻件，根据不同型式的法兰，根据不同型式的法兰，规定了垫片的
