1、2019/10/8,第六章 容器零部件,6.1 法兰联接 6.2 容器支座 6.3 容器的开孔补强 6.4 容器附件,2019/10/8,第六章 容器零部件,本章重点：各零部件标准的选用 本章难点：标准法兰的选用 计划学时：8学时,2019/10/8,6.1 法兰联接,6.1.1法兰联接结构与密封原理 1、密封组成被连接件 一对法兰；连接件若干螺栓、螺母；密封元件垫片。,2019/10/8,6.1 法兰联接,2、工作原理 （1）防止介质泄漏的基本出发点是在连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降时，介质就被密封住。 （2）泄漏途径：法兰密封是法兰通过紧
2、固螺栓压紧垫片实现的。密封工作时其泄漏可能产生在界面（即垫片与法兰的间隙），另外就是垫片本身材料的空隙中渗漏，所以分别称为“压紧面泄漏”和“渗透泄漏”，其中以第一种为主。 （3）密封原理：密封：,2019/10/8,6.1 法兰联接,预紧时：螺栓预紧力通过法兰压紧面作用到垫片上，使垫片发生弹性或塑性变形，以填满法兰面上的不平间隙，从而阻止流体泄漏形成初 始密封条件。此时，在垫片单位面积上受到的压紧力，称为预紧密封比压。操作时：要使得密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定残余压紧力，这时候密封比压值至少不少于工作密封比压值（在工作条件下，法兰压紧面之间能够保持良好的密封状态时，垫片单位面积上受到
3、的压紧力）。,2019/10/8,6.1 法兰联接,6.1.2法兰的结构与分类 1、按法兰接触面分为： 窄面法兰整个接触面在螺栓孔内，如榫槽面 宽面法兰法兰接触面在中心圆的内外两侧，螺栓从垫片中穿过，用于中低压或垫片较软的场合，如平面、凹凸面。,2019/10/8,6.1 法兰联接,2、按法兰与设备或管道的联接方式划分为：1）整体法兰将法兰与壳体锻或铸成一体或全焊透，典型的整体法兰有一个锥形的颈脖，故又称高（长）颈法兰。法兰受力后会使容器产生附加弯曲应力。常见的形式有平焊法兰和对焊法兰两种。,2019/10/8,6.1 法兰联接,2）松套法兰法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰与壳体
4、作为一个整体承受螺栓载荷的结构。因不需焊接，法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制备。,2019/10/8,6.1 法兰联接,3）螺纹法兰法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附加应力较小。常用于高压管道。法兰的形状，除常见的以外，还有方形和椭圆形。方形法兰有利于把管子排列紧凑。椭圆形法兰常用于阀门和小直径的高压管上。,2019/10/8,6.1 法兰联接,6.1.3影响法兰密封的因素 1、螺栓预紧力1) 预紧力不能过大，也不能过小。（过大：使垫片压坏或挤出；过小：达不到垫片压紧并实现初始密封条件。）2) 适当提高预紧力，可以增加垫片的密封能力。（因为：使渗透性垫片材料的毛细管孔隙减小）
5、3) 使预紧力均匀作用于垫片可以采取减小螺栓直径以及增加螺栓个数的办法。 2、压紧面(密封面) 型式1) 平面型压紧面,2019/10/8,6.1 法兰联接,压紧面的表面为平面或带沟槽的平面。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，故法兰等零件要求高、笨重，垫片易挤出，密封性能较差。使用压力P2.5Mpa，有毒、易燃、易爆质中不能使用。,2019/10/8,6.1 法兰联接,2) 凹凸型由一个凹面和一个凸面配合组成。垫片放凹面中。优点：便于对中，能防垫片挤出。可用在 P6.4Mpa，DN800mm3) 榫槽型一榫一槽密封面组成，优点是对中性好，密封预紧压力小
6、，垫片不易挤出，也不受介质冲刷，用于易燃易爆密封要求高处。缺点是更换较困难，榫易损坏。,2019/10/8,6.1 法兰联接,4) 锥形压紧面通常用于高压密封，其缺点是需要的尺寸精度和表面粗糙度要求高。须与透镜垫片配合,常用于高压管路。5) 梯形槽压紧面槽底不起密封作用，是槽的内外锥面与垫片接触而梯形形成密封的，与椭圆或八角形截面的金属垫圈配合。,2019/10/8,6.1 法兰联接,3、垫片性能主要考虑变形能力和回弹能力，回弹能力大的，适应范围广，密封性能好，注意回弹能力仅取决于弹性变形，与塑性变形无关。按材料分常用垫片有三种。1) 非金属垫片橡胶、石棉橡胶、聚四氟乙烯和膨胀石墨，断面形状一
7、般为平面或O型， 柔软，耐腐蚀，但使用压力较低，耐温度和压力的性能较金属垫片差。2) 金属垫片P6.4Mpa，t350时，一般都采用金属垫片或垫圈，材料有软铝、钢、铁、铬钢和不锈钢等。,2019/10/8,6.1 法兰联接,断面形状有平面性、波纹性、齿型、椭圆型和八角型等，一般要求软韧，并不要求强度高，对压紧面的加工质量和精度要求较高。3) 金属非金属组合垫片增加了金属的回弹性，提高了耐蚀、耐热、密封性能，适用于较高压力和温度。操作压力和温度是影响密封的主要因素，也是选用垫片的主要依据。,2019/10/8,6.1 法兰联接,4、法兰刚度刚度不足，导致过大的翘曲变形，往往是导致密封失效的原因。
8、刚性大的，法兰变形小，并可以使分散分布的螺栓力均匀地传给垫片，故可以提高密封性能。提高法兰刚度的措施：增加法兰厚度；减小螺栓力作用的力臂(即缩小中心圆直径)；增大法兰盘外径。 5、操作条件操作条件指压力、温度、介质。单纯的压力或介质因素对泄漏的影响并不是主要的，但当压力、介质和温度联合作用时，问题会显得严重。,2019/10/8,6.1 法兰联接,6.1.4 法兰标准及选用 1、压力容器法兰标准压力容器法兰分为平焊法兰和对焊法兰。其中平焊法兰又分甲、乙两种形式。图形与标准号如下：1）平焊法兰,2019/10/8,6.1 法兰联接,a 乙型法兰带有一个短筒体，因此刚性较甲型法兰好，可用于压力较高
9、，直径较大的场合； b 焊缝形式：甲型为V型坡口，乙型为U型坡口，因此,乙型更易焊透，故其强度和刚度更高。2) 对焊法兰由于有长颈，并采用对焊，故刚性更好，用于压力更高处。,2019/10/8,6.1 法兰联接,2、如何选用标准法兰先确定法兰的公称直径和公称压力，然后查标准。1) 公称直径DN压力容器法兰的公称直径与压力容器的公称直径取同一系列数值DN是将容器及管子直径加以标准化以后的标准直径。压力容器的DN是容器的内直径（用管子作筒体的分称直径为其外径）；管子公称直径既不等于内径，也不等于其外径，而是与两者相近的某一数值，为一名义直径。相同公称直径的容器法兰与管法兰两者不能相互代替。,201
10、9/10/8,6.1 法兰联接,2）公称压力法兰公称压力与法兰的最大操作压力和操作温度以及法兰材料三个因素有关。公称压力PN0.6Mpa的法兰，指：用材料16MnR在200时，该法兰的最大操作压力为0.6Mpa。3法兰标记法兰类型分为一般法兰和衬环法兰，一般法兰代号为“法兰”，衬环法兰的代号为“法兰C”。法兰密封面型式代号见表65。,2019/10/8,6.1 法兰联接,2019/10/8,6.2 容器支座,支座是承受容器和固定容器不可缺少的部件，在某些场合下还要承受操作时的振动，地震载荷，以及户处的还要承受风载荷。支座一般分为两大类：卧式容器支座和立式容器支座。 6.2.1卧式容器支座分为三
11、种：鞍座、圈座和支腿鞍座：应用最广泛，卧式贮槽和热交换器上应用较广；圈座：大直径薄壁容器和真空操作的容器，或支承数多于两个时，采用圈座比鞍座力更好；支腿：小型卧式容器，为使结构简化采用支腿,2019/10/8,6.2 容器支座,2019/10/8,6.2 容器支座,1、双鞍式支座 1）受力：最大剪力：鞍座处；最大弯矩：筒体中心处所以，危险截面出现在筒体中心处和鞍座处。 2）鞍座的最佳位置：A0.2L，且尽可能使A0.5Ri,2019/10/8,6.2 容器支座,2019/10/8,6.2 容器支座,3）标准 A轻型，都是120包角，都有垫板B重型，有120和150两种包角，有带垫板 的，也有不
12、带垫板的。具体标记方法如下：,2019/10/8,6.2 容器支座,2、圈式支座：可能造成严重挠曲的薄壁容器 ；多于 两个支承的长容器。 3、支腿：只适用于小型容器。 6.2.2立式容器支座中小型直立容器：耳式支座、腿式支座、支承式支座；高大的塔设备：裙式支座(后详细讲解)。 1、耳式支座特点：由筋板和支脚板组成，广泛用于中、小型立式设备，一般这些容器的高径比不大于5，总高度不大于10m;优点：简单轻便；缺点：对器壁产生较大局部应力。,2019/10/8,6.2 容器支座,分类：分A型（短臂）和B型（长臂），都可带垫板或不带垫板（AN、BN）；B型支座有较宽安装尺寸，故当设备外面有保温层或者将
13、设备直接放在楼板上时，用B型。 标记：,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,6.3.1设备开孔的装置 1、设备的管口设备与管道的联接，设备上测量、控制仪表这安装，都需要开孔，也是接管的接口；在设备上焊好接管后，需要考虑它的长度（150200mm），便于安装、拆卸等。 2、人孔、手孔属于一个部件，由公称压力、公称直径确定形状。有椭圆形、长圆形、圆形（常用）。 6.3.2开孔应力集中现象及原因 1、开孔应力集中现象容器开孔后在孔边附件的局部地区，应力会达到很,2019/10/8,6.3容器的开孔补强,大的数值，这种局部的应力增长现象，叫做应力集中。在应力集中区域的最大应力值，称为应力峰值。
14、 2、产生原因 1）开孔削弱了器壁材料，破坏了原有应力分布并引起应力集中； 2）壳体与接管连接处形成结构不连续应力； 3）壳体与接管的拐角处因不等截面过渡面引起应力集中。这样会引起附加弯曲应力，导致的应力集中是原有基本应力的数倍，加上其它载荷作用，开孔接管结构在制造过程中又不可避免产生缺陷和残余应力，使开孔和接管的根部成为压力容器出疲劳破坏和脆性裂口,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,的薄弱部位，因此需要采取一定的补强措施。6.3.3开孔补强设计的原则与补强结构1、补强设计原则 1）等面积补强法的设计原则规定局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔所减去的壳体截面积，其实质在于补强壳壁
15、的平均强度，即用与开孔等截面的外加金属来补偿被削弱的壳壁强度。优点：补强结果比较安全可靠。缺点：设计计算较复杂，且比较保守；不能完全解决英里集中问题。,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,2）塑性失效补强原则基本点是：开孔容器在接管处达到全域塑性时的极限压力应等于无孔壳体的屈服压力；同时，按弹性计算的最大应力应不超过2s，即,表明，如果将薄膜应力控制在许用应力以下，应力集中区的最大应力集中系数可以允许达到3.0。这种补强方法只允许采用整体锻件补强结构。,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,2、补强形式 1）内加强平齐接管 2）外加强平齐接管 3）对称加强凸出接管 4）密集补强,
16、2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,3、补强结构 1）补强圈补强结构：图a优点：制造方便、造价低，使用经验成熟，常用于中、低压容器。缺点：会有应力集中，温差应力，抗疲劳能力差 2）补强元件补强（图be）将接管或壳体开孔附近需要加强的部分，做成加强元件，然后再与接管和壳体焊在引起。,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,3）整体补强结构：（图f，g）增加壳体的厚度，或用全焊透的结构型式将厚壁接管或整体补强锻件与壳体相焊。4、允许不另行补强的条件壳体开孔满足下列全部条件要求时，可不另行补强 1）设计压力2.5Mpa； 2）两相邻开孔中心的间
17、距应不小于两孔直径之和的两倍； 3）接管公称外径89mm； 4）按管最小壁厚应满足最小厚度要求（表619）。,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,6.3.4等面积补强的设计方法等面积补强就是使补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属。即补强金属在通过开孔中心线的纵截面上的正投影面积，必须等于或大于壳体由于开孔而在这个纵截面上所削弱的正投影面积，公式为 A1+A2+A3A 1、适用的开孔范围当采用局部补强时，筒体及封头上开孔的最大直径有要求。,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,2、容器壳体开孔补强的要求内压圆筒和封头及外压容器开孔时，通过孔中心，且垂直于壳体表明的截面上所需要的最
18、小补强面积也有要求。 3、开孔有效补强范围及补强面积的计算有效宽度：,取两者中较大值,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,有效高度： 外侧高度内侧高度在有效补强区域内，可作为有效补强的金属截面积按下式计算：,取两者中较小值,取两者中较小值,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,式中 Ae补强面积，mm2；A1壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm2；可按下式计算：A2接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积，mm2，按下式计算：A3焊缝金属截面积，mm2。,2019/10/8,6.3 容器的开孔补强,若AeA，则开孔不需要另外补强；若AeA，则开孔需要另外补强，其另外补强面积按下式计算：A4AAe 4、开孔补强的设计步骤共五个步骤。,2019/10/8,6.4 容器附件,6.4.1 接管 6.4.2 凸缘 6.4.3 手孔和人孔 6.4.4 视镜,
