1、13.9 3.9 零部件的設計與選用零部件的設計與選用教學重點：教學重點： 各零部件標準的選用各零部件標準的選用教學難點：教學難點： 標準法蘭的選用標準法蘭的選用23453.9.1 3.9.1 法蘭法蘭6 法蘭法蘭 螺栓螺栓 密封元件密封元件 法蘭聯接法蘭聯接圖圖3-33 螺栓法蘭連接結構螺栓法蘭連接結構1-螺栓螺栓 2-墊片墊片 3-法蘭法蘭3.9.1 法法 蘭蘭 一、法蘭聯接結構與密封原理一、法蘭聯接結構與密封原理 1、密封組成、密封組成常見的可拆卸的聯接結構有常見的可拆卸的聯接結構有: 法蘭聯接、螺紋聯接和承插式聯接法蘭聯接、螺紋聯接和承插式聯接法蘭聯接結構的主要失效形式：法蘭聯接結構的

2、主要失效形式： 泄漏泄漏7壓緊面泄漏壓緊面泄漏墊片滲漏墊片滲漏泄漏形式泄漏形式8螺栓法蘭連接的整個工作過程：螺栓法蘭連接的整個工作過程：圖圖3-34（a）尚未預緊工況、尚未預緊工況、 （b）預緊工況、預緊工況、 （c）操作工況操作工況（a）尚未預緊工況）尚未預緊工況 將上、下法蘭壓緊面和墊片的將上、下法蘭壓緊面和墊片的 接觸處的微觀尺寸放大，表面接觸處的微觀尺寸放大，表面 是凹凸不平的，這就是流體泄是凹凸不平的，這就是流體泄 漏的通道。漏的通道。（a）尚未預緊工況尚未預緊工況圖圖3-34 密封機理圖密封機理圖9（b）預緊工況（無內壓）預緊工況（無內壓） 擰緊螺栓，螺栓力通過法蘭壓擰緊螺栓，螺栓

3、力通過法蘭壓緊面作用到墊片上。墊片產生彈性緊面作用到墊片上。墊片產生彈性或屈服變形，填滿凹凸不平處，堵或屈服變形，填滿凹凸不平處，堵塞泄漏通道，形成初始密封條件。塞泄漏通道，形成初始密封條件。 形成初始密封條件時墊片單位面積形成初始密封條件時墊片單位面積上所需的最小壓緊力，稱為上所需的最小壓緊力，稱為“” ” ，單位為，單位為MPaMPa。在預緊工。在預緊工況下，如墊片單位面積上所受的壓況下，如墊片單位面積上所受的壓緊力小于比壓力緊力小于比壓力y y，介質即發生泄漏。，介質即發生泄漏。引入概念引入概念1“墊片比壓力墊片比壓力y”（b）預緊工況預緊工況圖圖3-34 密封機理圖密封機理圖y值僅與墊

4、片材料、值僅與墊片材料、結構與厚度有關。結構與厚度有關。F1F110通入介質通入介質壓力上升壓力上升密封比壓下降密封比壓下降導致導致墊片彈性壓縮變形部分產生回彈，使壓墊片彈性壓縮變形部分產生回彈，使壓緊面上的密封比壓力仍能維持緊面上的密封比壓力仍能維持一定值一定值以以保持密封性能。保持密封性能。為保證在操作狀態時法蘭的密封性為保證在操作狀態時法蘭的密封性能而必須施加在墊片上的壓應力，能而必須施加在墊片上的壓應力，稱為稱為操作密封比壓操作密封比壓。操作密封比壓往往用介質計算壓力操作密封比壓往往用介質計算壓力的的m倍表示，倍表示， m稱為稱為“墊片系數墊片系數”。引入概念引入概念2“操作密封比壓操

5、作密封比壓”（c）操作工況操作工況（c）操作工況操作工況 圖圖3-34 密封機理圖密封機理圖F1F1FpFp11二、法蘭的結構與分類二、法蘭的結構與分類1、按法蘭接觸面分、按法蘭接觸面分圖圖3-35 窄面法蘭與寬面法蘭窄面法蘭與寬面法蘭（a）窄面法蘭）窄面法蘭（b）寬面法蘭）寬面法蘭12整體法蘭整體法蘭將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或全焊透，典型的整體法蘭有將法蘭與殼體鍛或鑄成一體或全焊透，典型的整體法蘭有一個錐形的頸脖，故又稱高（長）頸法蘭。法蘭受力后會一個錐形的頸脖，故又稱高（長）頸法蘭。法蘭受力后會使容器產生附加彎曲應力。使容器產生附加彎曲應力。2、按法蘭與設備或管道的聯接方式劃分、按法蘭與設

6、備或管道的聯接方式劃分13整體法蘭整體法蘭14整體法蘭整體法蘭15松式法蘭松式法蘭法蘭不直接固定在殼體上或雖然固定而不能保證法蘭法蘭不直接固定在殼體上或雖然固定而不能保證法蘭與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結構。與殼體作為一個整體承受螺栓載荷的結構。法蘭盤可用不同材料，用于銅制、鋁制、陶瓷等材料法蘭盤可用不同材料，用于銅制、鋁制、陶瓷等材料的設備或管道上。比整體式連接強度差的設備或管道上。比整體式連接強度差, ,受力后無附受力后無附加彎曲應力，只適用于壓力較低場合。加彎曲應力，只適用于壓力較低場合。圖圖3-37 松式法蘭松式法蘭16松式法蘭松式法蘭17螺紋法蘭螺紋法蘭 法蘭和管壁通過螺紋進行連

7、接，法蘭對管壁產生的附法蘭和管壁通過螺紋進行連接，法蘭對管壁產生的附加應力較小。常用于高壓管道。加應力較小。常用于高壓管道。螺紋法蘭螺紋法蘭18螺紋法蘭螺紋法蘭19任意式法蘭任意式法蘭 法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法法蘭與殼體連成一體，但剛性介于整體法蘭和松式法蘭之間，受力后易產生變形，故任意式法蘭適用于公蘭之間，受力后易產生變形，故任意式法蘭適用于公稱壓力低于稱壓力低于4.0MPa的中低壓范圍。的中低壓范圍。20圓形、方形和橢圓形3、按法蘭形狀分、按法蘭形狀分不同形狀的法蘭不同形狀的法蘭21三、影響法蘭密封的因素三、影響法蘭密封的因素預緊力應均勻地作用到墊片上，可采取減小螺栓

8、直徑、預緊力應均勻地作用到墊片上，可采取減小螺栓直徑、增加螺栓個數等措施來提高密封性能。增加螺栓個數等措施來提高密封性能。預緊力不宜太大，否則使墊片整體屈服喪失回彈能力，預緊力不宜太大，否則使墊片整體屈服喪失回彈能力，甚至將墊片擠出或壓壞。甚至將墊片擠出或壓壞。適當提高預緊力可增加墊片的密封能力，即在正常工況適當提高預緊力可增加墊片的密封能力，即在正常工況下保留較大的接觸面比壓力。下保留較大的接觸面比壓力。預緊力使墊片壓緊實現初始密封。預緊力使墊片壓緊實現初始密封。1、螺栓預緊力、螺栓預緊力22非金屬墊片非金屬墊片 金屬墊片金屬墊片 金屬金屬非金屬組合墊片非金屬組合墊片 一般要求軟韌，一般要求

9、軟韌，強度要求其次強度要求其次 2、墊片性能、墊片性能耐腐蝕、不污染操作介質；良好的變耐腐蝕、不污染操作介質；良好的變形能力和回彈能力；適當的強度和柔形能力和回彈能力；適當的強度和柔軟性；不易變質硬化或軟化。軟性；不易變質硬化或軟化。23主要根據工藝條件、密封口徑以及準備采用的主要根據工藝條件、密封口徑以及準備采用的墊片等進行（常用墊片等進行（常用5 5種）選擇種）選擇u形狀和粗糙度應與墊片相匹配形狀和粗糙度應與墊片相匹配;u使用金屬墊片時其壓緊面的質量要求比使用非金屬墊片時高；使用金屬墊片時其壓緊面的質量要求比使用非金屬墊片時高；u壓緊面表面不允許有刀痕和劃痕；壓緊面表面不允許有刀痕和劃痕；

10、u應能均勻地壓緊墊片，保證平面度和垂直度。應能均勻地壓緊墊片，保證平面度和垂直度。壓緊面的質量要求壓緊面的質量要求 壓緊面的型式壓緊面的型式3、壓緊面（密封面）、壓緊面（密封面）24全平面壓緊面和突面壓緊面全平面壓緊面和突面壓緊面 優點：結構簡單，加工方便。優點：結構簡單，加工方便。缺點：是接觸面積大，需要的預緊比壓大，螺栓承載大，故缺點：是接觸面積大，需要的預緊比壓大，螺栓承載大，故法蘭等零件要求高、笨重，墊片易擠出，密封性能較差。使法蘭等零件要求高、笨重，墊片易擠出，密封性能較差。使用壓力用壓力P2.5MPa，有毒、易燃、易爆介質中不能使用。有毒、易燃、易爆介質中不能使用。NoImage（

11、a）全平面）全平面（b）突面）突面（c）帶三角形溝槽的突面）帶三角形溝槽的突面25凹凸型壓緊面凹凸型壓緊面 由一個凹面和一個凸由一個凹面和一個凸面配合組成。墊片放面配合組成。墊片放凹面中。凹面中。優點：便于對中，能優點：便于對中，能防墊片擠出。防墊片擠出。可用在可用在P6.4MPa，DN800mm26榫槽型壓緊面榫槽型壓緊面 一榫一槽密封面組成，優點一榫一槽密封面組成，優點是對中性好，密封預緊壓力是對中性好，密封預緊壓力小，墊片不易擠出，不受介小，墊片不易擠出，不受介質沖刷，用于易燃易爆密封質沖刷，用于易燃易爆密封要求高處。缺點是更換較困要求高處。缺點是更換較困難，榫易損壞。難，榫易損壞。27

12、錐形壓緊面錐形壓緊面 通常用于高壓密封，通常用于高壓密封，其缺點是需要的尺寸其缺點是需要的尺寸精度和表面粗糙度要精度和表面粗糙度要求高。須與透鏡墊片求高。須與透鏡墊片配合配合, ,常用于高壓管道常用于高壓管道。 28梯形槽壓緊面梯形槽壓緊面 槽底不起密封作用，是槽底不起密封作用，是槽的內外錐面與墊片接槽的內外錐面與墊片接觸成梯形觸成梯形, ,形成密封的，形成密封的，與橢圓或八角形截面的與橢圓或八角形截面的金屬墊圈配合。金屬墊圈配合。3 29密封失效的主密封失效的主要原因之一要原因之一提高法蘭剛度的措施：提高法蘭剛度的措施：增加法蘭厚度增加法蘭厚度；減小螺栓力作用的力臂減小螺栓力作用的力臂( (

13、即縮小即縮小中心圓直徑中心圓直徑) )；增大法蘭盤外徑增大法蘭盤外徑。剛度不足：過大的翹曲變形剛度不足：過大的翹曲變形4、法蘭剛度、法蘭剛度30圖圖3-42 法蘭的翹曲變形法蘭的翹曲變形 31在壓力、介質和溫度的聯合作用下，尤其是波動在壓力、介質和溫度的聯合作用下，尤其是波動的高溫下，會嚴重影響密封性能，甚至使密封因的高溫下，會嚴重影響密封性能，甚至使密封因疲勞而完全失效。疲勞而完全失效。操作條件操作條件指壓力、溫度及介質的物理化學性質對密封性能指壓力、溫度及介質的物理化學性質對密封性能的影響的影響。 特特 點點高溫下，介質粘度小，滲透性大，易泄漏；介質高溫下，介質粘度小，滲透性大，易泄漏；介

14、質對墊片和法蘭的腐蝕作用加劇，增加了泄漏的可對墊片和法蘭的腐蝕作用加劇，增加了泄漏的可能性；法蘭、螺栓和墊片均會產生較大的高溫蠕能性；法蘭、螺栓和墊片均會產生較大的高溫蠕變與應力松弛，使密封失效；某些非金屬墊片還變與應力松弛，使密封失效；某些非金屬墊片還會加速老化、變質，甚至燒毀。會加速老化、變質，甚至燒毀。 原原 因因5、操作條件、操作條件32四、法蘭標準及選用四、法蘭標準及選用 平焊法蘭平焊法蘭 對焊法蘭對焊法蘭 甲型甲型 壓力容器壓力容器法法 蘭蘭乙型乙型 1、壓力容器法蘭標準、壓力容器法蘭標準JB/T 4700 JB/T 4707 33焊縫形式：甲型為焊縫形式：甲型為V型坡口，乙型為型

15、坡口，乙型為U型坡口，型坡口，因此乙型更易焊透，故其強度和剛度更高。因此乙型更易焊透，故其強度和剛度更高。比較比較 乙型法蘭帶有一個短筒體，因此剛性較甲型法蘭乙型法蘭帶有一個短筒體，因此剛性較甲型法蘭好，可用于壓力較高，直徑較大的場合；好，可用于壓力較高，直徑較大的場合；平平焊焊法法蘭蘭 （a） 甲型平焊法蘭甲型平焊法蘭（b） 乙型平焊法蘭乙型平焊法蘭34特點特點 由于有長頸，并由于有長頸，并采用對焊，故剛采用對焊，故剛性更好，用于壓性更好，用于壓力更高處力更高處. . 對焊法蘭對焊法蘭 （c ） 長頸對焊法蘭長頸對焊法蘭35選擇法蘭的主要參數選擇法蘭的主要參數公稱壓力（公稱壓力（PN）公稱直

16、徑（公稱直徑（DN）3、如何選用壓力容器法蘭、如何選用壓力容器法蘭36公稱直徑公稱直徑 公稱壓力公稱壓力 壓力容器法蘭的公稱直徑與壓力容壓力容器法蘭的公稱直徑與壓力容器的公稱直徑取同一系列數值器的公稱直徑取同一系列數值法蘭公稱壓力與法蘭的最大操作壓力和操作溫度法蘭公稱壓力與法蘭的最大操作壓力和操作溫度以及法蘭材料三個因素有關。以及法蘭材料三個因素有關。公稱壓力公稱壓力是以是以16MnR在在200時的最高工作時的最高工作壓力為依據制定的，因此當法蘭材料和工作溫度壓力為依據制定的，因此當法蘭材料和工作溫度不同時，最大工作壓力將降低或升高。不同時，最大工作壓力將降低或升高。37 公稱壓力公稱壓力PN

17、 PN O.6MPaO.6MPa法蘭，用法蘭，用16MnR16MnR制造的，在制造的，在200200時，最大允許操作壓力時，最大允許操作壓力0.6MPa0.6MPa。高于。高于200200的最大操作的最大操作壓力將低于它的公稱壓力壓力將低于它的公稱壓力0.6MPa0.6MPa。低于。低于200200仍按仍按200200確定其最高工作壓力。確定其最高工作壓力。 材料改為材料改為Q235-BQ235-B，機械性能比，機械性能比16MnR16MnR差，公稱壓力差，公稱壓力PN PN 0.6MPa0.6MPa的法蘭，的法蘭，200200時，最大允許操作壓力低于公稱時，最大允許操作壓力低于公稱壓力。壓力

18、。 材料由材料由16MnR16MnR改為改為20MnMo20MnMo，機械性能優于，機械性能優于16MnR16MnR，公，公稱壓力稱壓力PN PN 1.6MPa1.6MPa的法蘭，在的法蘭，在200200操作時，最大允許操作時，最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。操作壓力將高于它的公稱壓力。v 只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了。至于這個法蘭允許的最大操作壓力是多也就確定了。至于這個法蘭允許的最大操作壓力是多少，要看法蘭的操作溫度和用什么材料制造。少，要看法蘭的操作溫度和用什么材料制造。38 例：例：選配聯接塔身與封頭的法蘭。

19、塔內徑選配聯接塔身與封頭的法蘭。塔內徑1000mm1000mm，操作溫度操作溫度280280，設計壓力，設計壓力0.2MPa0.2MPa，材料為，材料為Q235-BQ235-B。 根據操作溫度、設計壓力和所用材料，應選公根據操作溫度、設計壓力和所用材料，應選公稱壓力為稱壓力為0.6MPa0.6MPa的容器法蘭。的容器法蘭。 壓力不高，直徑不大，可采用甲型平焊法蘭、壓力不高，直徑不大，可采用甲型平焊法蘭、平面密封面，墊片用石棉橡膠板。平面密封面，墊片用石棉橡膠板。39（二）（二） 管法蘭標準管法蘭標準v 同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，

20、不能互相代用。互相代用。v 管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。v 管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。但基準管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。但基準材料與容器法蘭標準有所不同。材料與容器法蘭標準有所不同。v 管法蘭標準較多，除管法蘭標準較多，除GB9119GB911991259125外，常用標準還有：外，常用標準還有：化工部標準化工部標準HG20592HG20592HG20635HG20635；中石化標準；中石化標準SH3406SH3406等。等。40鞍座鞍座

21、3 3.9.2 .9.2 容器支座容器支座41支腿支腿4243腿式腿式支座支座44支座支座耳式支座耳式支座支承式支座支承式支座腿式支座腿式支座裙式支座裙式支座 立式容器支座立式容器支座鞍座鞍座圈座圈座支腿支腿 臥式容器支座臥式容器支座3 3.9.2 .9.2 容器支座容器支座45一一、臥式容器支座、臥式容器支座鞍座、圈座及支腿鞍座、圈座及支腿圈座圈座：用于大直徑薄壁容器和：用于大直徑薄壁容器和 真空容器，增加局部剛度。真空容器，增加局部剛度。支腿支腿：重量較輕的小型容器。：重量較輕的小型容器。 常見的大型臥式儲罐、常見的大型臥式儲罐、換熱器等多采用換熱器等多采用鞍座。鞍座。是應用最為廣泛的是應

22、用最為廣泛的一種臥式容器支座。一種臥式容器支座。46封頭封頭筒體筒體 支座支座（鞍座）（鞍座）47482401qL4950L2 .051（一（一）雙鞍式支座雙鞍式支座 （一（一）雙鞍式支座雙鞍式支座 52 力學模型的簡化力學模型的簡化簡化為長度簡化為長度L，受均布載荷受均布載荷q作用的外伸簡支梁作用的外伸簡支梁（一（一）雙鞍式支座雙鞍式支座 受力分析受力分析q)(Mq53（二（二）圈式支座圈式支座 可能造成嚴重撓曲的薄壁容器；多于兩個支承的可能造成嚴重撓曲的薄壁容器；多于兩個支承的長容器。長容器。（三（三）支腿支腿 只適用于小型容器。只適用于小型容器。 54二、立式容器支座二、立式容器支座 優

23、點：優點：簡單輕便；缺點：對簡單輕便；缺點：對器壁產生較大局部應力。器壁產生較大局部應力。 結構：結構：由筋板和支腳板組成，由筋板和支腳板組成，廣泛用于中、小型立式設備廣泛用于中、小型立式設備(高徑比不大于高徑比不大于5，總高度不，總高度不大于大于10m)（一一）耳式支座）耳式支座 （懸掛式支座）（懸掛式支座）55標準：標準： JB/T4725JB/T4725耳式支座耳式支座，它將耳式支座分為它將耳式支座分為A A型（短臂）和型（短臂）和B B型型（長臂）兩類，每（長臂）兩類，每類又有帶墊板和不類又有帶墊板和不帶墊板兩種。帶墊板兩種。B B型耳型耳式支座有較大的安式支座有較大的安裝尺寸，當容器外裝尺寸，當容器外面包有保溫層，或面包有保溫層，或者將容器直接放置者將容器直接放置在樓板上時，宜選在樓板上時，宜選用用B B型。型。 56（二二）支承式支座）支承式支座結構：結構：在容器封頭底部在容器封頭底部焊上數根支柱，