1、 Hefei University化工机械与设备过程考核之二常用零部件设计 题 目： 1Mpa 旋风分离器的法兰设计与选型系 别： 化学材料与工程系班 级： 09 化工（1）姓 名：学 号： 0903021013队 别： Team 7队 员： 李岩（队长） 、刘少成、汤成、吕由、贺朋成教 师： 胡 科 研日 期： 2011-12-20目录1、概述 22、法兰的工艺设计 32.1 压力容器法兰的分类 .32.2 法兰的标准 4 2.3 法兰的选用 43、法兰的机械设计 53.1 螺栓的选择 63.2 垫片的选择 .73.3 法兰的应力校核 .84、总结 9参考文献 9附图 101、概述法兰就是使
2、管子与管子相互连接的零件，连接章丘法兰于管端。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰管件(flanged pipe fittings)指带有法兰(突缘或接盘)的管件。它可由浇铸而成，也可由螺纹连接或焊接构成。法兰是一种盘状零件，在管道工程中最为常见，法兰都是成对使用的。 在管道工程中， 法兰主要用于管道的连接。在需要连接的管道，各种安装一片法兰盘，低压管道可以使 用丝接法兰，4公斤以上压力的使用焊接法兰。两片法兰盘之间加上密封点，然后用螺栓 紧固。不同压力的法兰有不同的厚度和使用不同的螺栓。法兰连接是管道施工的重要连接方式。法兰连接(flange，joint)由一对法兰、一个垫
3、片及若干个螺栓螺母组成。垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使连接严密不漏。法兰连接是一种可拆连接。按所连接的部件可分为容器法兰及管法；按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。平焊法兰的刚性较差，适用于压力 p4MPa 的场合；对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。法兰密封面的型式有三种：平面型密封面，适用于压力不高、介质无毒的场合；凹凸密封面，适用于压力稍高的场合；榫槽密封面，适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。法兰分螺纹法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法
4、兰，高压和低压大直径都是使用焊接法兰，不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。根据压力的不同等级，法兰垫也有不同材料，从低压石棉垫、高压石棉垫到金属垫都有 。 法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。 在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。2、法兰的工艺设计按照设计条件(操作温度、操作压力)以及计算选取的公称直径选取法兰类型。2.1 压力容器法兰的分类压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰两类：、平焊法兰法兰盘焊接在设备筒体或管道上，结构简单、制造容易、应用广泛，但法兰整体程度比较
5、差，刚性也较差。所以，适用于压力不太高的场合(公称压力PN6.4mm 时，由于螺栓载荷和内压的作用使法兰发生偏转，靠近垫片外径处压紧力较靠近内径处压紧力要大，为此垫片能起到有效密封作用的宽度只能是基本密封宽度的一部分，称为有效密封宽度 b，GB150规定如下：当 bo6.4mm 时，b= 。2.53o、最小垫片宽度垫片在法兰预紧时承受最大的压紧力作用。为避免垫片发生过度压紧所需的最小宽度称为最小垫片宽度，以 表示。minN、垫片参数反应垫片特性的参数是比压力和垫片系数、 垫片比压力2pG4ccWDbmpabWAptbAo 0.785dn在预紧螺栓力作用下，使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处
6、，消除泄露通道，为此在单位垫片有效密封面积上应有足够的压紧力。此单位面积上的压紧力，称为垫片的密封比压力，用 y 表示。不同的垫片有不同的比压力。垫片材料愈硬，y 愈高。、 垫片系数在临界泄露时，垫片单位面积比压的剩余值与密封压力 p 的比值为垫片系数m。、垫片压紧力的确定A、预紧工况垫片压紧力垫片预紧工况所需的最小压紧力 为垫片有效密封面积乘以单位密封面积上所需的压紧力 y，即 a2bGyFDB、操作工况垫片压紧力垫片操作工况所需的最小压紧力 为“垫片面积”乘以单位面积上所需的压力，即p2Gcbm根据以上工艺设计及机械设计选取的法兰类型、垫片的种类和操作温度，按照化工设备机械基 P291 表
7、 14-6标准，选取法兰垫片为非金属软垫片，宽度为 17.5mm。3.3、法兰的应力校核(1)锥颈上与法兰连接处的轴向弯曲应力(2)法兰环上的径向应力(3)法兰环上的切向应力法兰的最大轴向应力位于锥颈的大端或小端，一方面它是沿截面线性分布的纯弯曲应力，另一方面具有局部的性质，小量屈服不会对法兰环密封部位的变形产生较大影响而导致泄漏，所以采用极限载荷设计法，取 1.5 倍材料许用应力作为它的最大允许应力。H21iOfMDR2i(.3)fOeT2iORfYMZDttHf n RtTftHftRf 1.52. 2 轴 向 应 力 与 之 小 值径 向 应 力环 向 应 力组 合 应 力法兰的最大径向
8、应力位于环板内边缘与锥颈的连接处，为弯曲应力和拉伸应力。法兰的最大环向应力位于环板内边缘靠密封面处，亦为弯曲应力和拉伸应力。但如果允许颈部有较高的应力(超过材料屈服极限)，则颈部的载荷因应力重新分配会传递到法兰环，而导致法兰环材料部分屈服，故对锥颈和法兰环的应力平均值也须加以限制。例如若达到 1.5 倍许用应力，或只允许 0.5 倍许用应力。4.总结这次化工设备设计我主要负责法兰的设计，通过学习，我了解到在设计法兰时，不可忽略的是法兰连接结构的强度和密封性，而密封性对法兰来说更为重要。法 兰 连 接 使 用 方 便 ， 能 够 承 受 较 大 的 压 力 。 在 工 业 管 道 中 ， 法 兰
9、 连接 的 使 用 十 分 广 泛 。 在 家 庭 内 ， 管 道 直 径 小 ， 而 且 是 低 压 ， 看 不 见 法 兰 连 接 。如 果 在 一 个 锅 炉 房 或 者 生 产 现 场 ， 到 处 都 是 法 兰 连 接 的 管 道 和 器 材 。在这次设计过程中，我了解自己在综合能力方面还是有些欠缺，但是自己单独设计模具的能力以及运用知识的能力还可以，通过这次设计我体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。此次设计不仅使以前在课堂上学习到的很多理论知识得到了实践性的操作，也让我体会到了团队合作的重要性。我们小组负责的是旋风分离器的设计，每个组员之间紧密合作，也让我们感受到了设计方面工作难度，在今后的学习中，我们都会一如既往的努力。参考文献化工设备机械基础-大连理工大学出版社 喻健良 主编过程设备机械基础-国防工业出版社 巨勇智、靳士兰 主编化工制图-化学工业出版社 郑晓梅 主编机械设计基础-机械工业出版社 马秋生 主编过程装备成套技术设计指南-化学工业出版社 黄振仁 魏新丽 主编附图：自评如下：类别 得分 总分 得分概述及格式 20 分 15 分工艺设计 10 分 6 分机械设计 60 分 48 分总结、参考文献及附图 10 分 6 分合计 100 分 75 分
