1、1,6.1 法兰连接 5.1.1.法兰连接结构与密封原理 1.连接结构：,第六章 压力容器零部件设计,2,法兰连接结构（外观）,3,螺栓法兰 连接结构,4,法兰连接结构（剖开看）,5,2.法兰密封原理,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： （1）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。 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。,6,（2）工作条件下介质压力和温
2、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。,7,密封机理,8,泄漏形式,9,螺栓法兰连接的密封条件,2、操作工况-工作密封条件 操作密封比压-操作时，为保证密封，垫片单位面积上必须维持的压紧力，通常取m倍的计算压力（mPC）。,10,保证密封的条件,预紧时，法兰密封面上的比压不低于预紧密封比压y,工作时，法兰密封面上的比压不低于操作密封比压，即m倍的介质计算压力,11,6.1.2.法兰分类,1.整体法兰法兰与设备或管道不可拆
3、卸。 1）平焊法兰板式平焊法兰，带颈平焊法兰,12,板式平焊管法兰,2）.对焊法兰,13,2.松套法兰,平焊环松套板式,翻边松套板式,14,3.螺纹法兰 法兰与设备或管道之间以螺纹连接。,15,6.1.3 影响法兰密封的因素,因素1.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。,16,因素2.法兰密封面形式,17,18,因素3. 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。,19,平面形、O形、波形、齿形、八角形、
4、 椭圆形等, 非金属垫片常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、合成纤维、石墨等。 金属垫片常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。 组合式垫片 包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属垫片等。,垫片形状,垫片类型,垫片,20,垫片断面形式,21,垫片类型：,22,23,24,25,26,27, 要有全面的观念，综合考虑温度、压力、介质、压紧面形式等方面要求，其中温度和压力是影响密封的主要因素，也是选择垫片的主要依据。 在保证密封的前提下，尽量选用结构简单、价格便宜、便于安装和更换的垫片。 依据标准和规范，重视实践经验。垫片选用表,垫片选择原则,28,因素4.法兰的刚度 法兰在外力作用
5、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：,思考：法兰将如何变形？,29,法兰变形1:,法兰轴向翘曲变形,30,法兰变形2,法兰环向翘曲变形,31,如何提高 法兰刚度？,增加法兰厚度； 减小螺栓力与垫片力作用点间距离； 增大法兰盘外径； 螺栓数量要足够。,32,33,因素五.操作条件,压力高介质泄漏的推动力大。 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。,34,35,6.1.4 法兰标准,36,6.1.4 法
6、兰标准,1.压力容器法兰标准,1）甲型平焊法兰,37,2）乙型平焊法兰,3）长颈对焊法兰,38,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（PN）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。,39,法兰公称压力的确定：,.公称压力的确定： 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公称压力。,40,法兰公称直径（DN）与法兰相配的筒体、封头或管子的公称直径。 法兰公称压力（PN）指定材料
7、的法兰在指定温度下的最大工作压力。,* 两个体系间不能互相配用,注意,41,42,43, 确定压力容器法兰PNJB4700-92,（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？（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？,判断一下：,44,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，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及垫 片类型； （5）确定螺栓、螺帽材质； （6）绘制草图。,
8、45,2.管法兰,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）。,46,a.板式平焊,HG20592-97 管法兰类型：,b.带颈对焊法兰,47,c.带颈平焊,d.承插焊,e.平焊环松套板式,f.翻边松套板式,48,g.螺纹法兰,方法兰,椭圆形法兰,h.法兰盖,49,例题为一台精流塔配一对连接塔身与封头的法兰。塔的内径为1000mm,操作温度为280，设计压力为0.2MPa。塔体材质为Q235-B。介质无腐蚀性及其他危害。,解：1.确定DN DN=1000mm（板卷筒体）。2.确定PN 法兰材
9、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)。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。,螺栓M20 ,36个,50,4.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,51,高压密封结构,52,特点： 强制式密封 采用窄面金属垫片 主螺栓直径大 适用范围：
10、t 200CDi 1000mm,平垫密封,53,缺点： 螺纹套筒可能锈蚀 而拆卸困难。 （螺纹套筒可用 主螺栓代替）,适用范围： 大直径、高压力,卡扎里密封,54,双锥密封,55,56,1、全自紧式密封，压力和温度的波动不会影响密封可靠性。2、取消了主螺栓，使筒体端部尺寸减小。零件多、结构复杂。,优点,缺点,伍德密封,57,C形环密封,O形环密封,58,其它密封结构,59,60,高压管道密封,61,1、改善密封接触表面 2、改进垫片结构 3、采用焊接密封元件,提高高压密封性能的措施,62,6.2 容器支座,63,作用：支撑容器的重量；固定位置。 6.2.1 卧式容器支座 种类：,鞍座,圈座,支
11、腿,双鞍式支座,64,卧 式 容 器 支 座,65,JB/T 4724支承式支座 A型（钢板支柱） B型（钢管支柱）,66,JB/T 4713腿式支座 A型（角钢支柱） B型（钢管支柱）,67,裙式支座,68,JB/T 4712-92鞍式支座,69,1).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？,70,3).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A
12、Rm/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。,71,4).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：,72,5）双鞍式支座的结构及其标准,（1）结构,73,材质：垫板与筒体相同，其它-Q235-A.F 。,74,（2）鞍座标准及其标记,鞍座分为轻型（A）和重型（B）（BB）。固定式F型；活动式S型。 标准号：JB/T4712-92 .鞍座标记： JB/T4712-92 鞍座 型号公称直径-F或S 例如：DN2600的轻型鞍座标记为 JB/T4712-92 鞍
13、座A2600-F JB/T4712-92 鞍座A2600-S,75,6).鞍座的位置A的确定： ADo/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。,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，L,A标注在赤道圆上，可否？,76,6.2.2 立式容器支座,1.耳式支座,2.裙座,3.悬挂式支座,4.支撑式支脚,77,JB/T 4725耳式支座 A型（短臂） A、AN B型（长臂） B 、 B N,78,6.3 容器的开孔补强,6.3.1.容器开孔应力集中现象 开孔处出现应力集中，应力集中系数为：K=实际/膜 其大小为多少？见平板开孔试验测试：,实测结果：K
14、3 即应力集中点的实际应力大约为膜应力的3倍。,79,6.3 容器的开孔补强,80,强度削弱不连续应力局部应力焊接缺陷和残余应力,开孔接管部位的应力集中,81,6.3.2.开孔补强原则与补强结构,1.开孔补强原则： 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 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：,82,83,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,84,85,3.不另行
15、补强的最大开孔直径,同时满足如下要求的，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：,86,开孔最大直径的限制,87,6.3.3.等面积补强的设计方法,1. 开孔有效补强范围及补强面积的计算等面积补强补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。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：,88,B=2d d=接管内径+2C (C=C1+C2),89,等面积补强，纵截面上的投影面积要满足下式：A1+A2+A3A A1壳体的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）； A2
16、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）,90,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- Ae,91,2.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
17、壳体相同；补强板外径一般与B值相同。,92,有效补强范围,93,94,（一）开孔削弱的面积,内压圆筒或球壳,外压圆筒或球壳,平盖（开孔直径d0.5Di时）,95,（二）补强金属面积,壳体,接管,焊缝,补强圈面积,96,接管方位,97,98,99,补强圈是如何安装的？,100,6.4 容器附件,1.铸造接管,101,2.凸缘,3.手孔,4.常压人孔,5.回转盖人孔,102,人孔,常压人孔（HG21515-95）,回转盖带颈平焊法兰人孔（HG21517-95）,103,不设检查孔的条件,104,6.水平吊盖人孔,105,7.回转盖快开人孔,回转盖带颈平焊法兰人孔（HG21517-95）,106,8.不带颈视镜,107,9.带颈的视镜,
