1、6.1 法蘭連接5.1.1.法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理1.連接結(jié)構(gòu)：第六章 壓力容器零部件設(shè)計(jì)1第1頁(yè)第1頁(yè)法蘭連接結(jié)構(gòu)（外觀）2第2頁(yè)第2頁(yè)法蘭連接結(jié)構(gòu)（剖開(kāi)看）3第3頁(yè)第3頁(yè)2.法蘭密封原理法蘭密封面泄漏原因：密封墊表面與法蘭密封面之間有空隙,或截面內(nèi)有毛細(xì)管泄漏通道。密封面兩側(cè)介質(zhì)有壓差推動(dòng)力。從法蘭密封連接過(guò)程看其密封原理：（1）安裝過(guò)程擰緊螺栓,墊片被壓緊（墊內(nèi)毛細(xì)管被切斷；消除了與法蘭密封面之間空隙）。墊片單位面積上所受壓緊力，稱為墊片密封比壓。當(dāng)墊片密封比壓達(dá)到某一值時(shí)，便具備了初始密封條件，此時(shí)比壓稱為預(yù)緊密封比壓。4第4頁(yè)第4頁(yè)（2）工作條件下介質(zhì)壓力和溫度均升高。螺栓被拉伸，法

2、蘭變形，法蘭密封面相對(duì)有分離趨勢(shì)。致使墊片比壓下降。墊片回彈，補(bǔ)償或部分補(bǔ)償了法蘭分離位移。此時(shí)殘余比壓若不小于某一值（稱為工作密封比壓），仍可保持良好密封狀態(tài)。不然，將發(fā)生泄漏。5第5頁(yè)第5頁(yè)看看法蘭連接的工作過(guò)程6第6頁(yè)第6頁(yè)6.1.2.法蘭分類1.整體法蘭法蘭與設(shè)備或管道不可拆卸。1）平焊法蘭板式平焊法蘭，帶頸平焊法蘭7第7頁(yè)第7頁(yè)板式平焊管法蘭2）.對(duì)焊法蘭8第8頁(yè)第8頁(yè)2.松套法蘭平焊環(huán)松套板式翻邊松套板式9第9頁(yè)第9頁(yè)3.螺紋法蘭法蘭與設(shè)備或管道之間以螺紋連接。10第10頁(yè)第10頁(yè)6.1.3 影響法蘭密封原因原因1.螺栓預(yù)緊力大小適當(dāng)。墊片受力均勻。螺栓采用小直徑多數(shù)量(四倍數(shù)）。

3、 對(duì)稱擰緊辦法。11第11頁(yè)第11頁(yè)原因2.法蘭密封面形式12第12頁(yè)第12頁(yè)原因3. 墊片性能墊片密封面塑性變形能力 實(shí)現(xiàn)初始密封；墊片材料及結(jié)構(gòu)回彈能力 提升工作狀態(tài)下殘余密封比壓。耐腐蝕能力。力學(xué)性能，尤其抗高溫蠕變能力。工作溫度下變質(zhì)硬化或軟化性。13第13頁(yè)第13頁(yè)看看墊片壓縮回彈性能試驗(yàn)14第14頁(yè)第14頁(yè)墊片類型：15第15頁(yè)第15頁(yè)16第16頁(yè)第16頁(yè)17第17頁(yè)第17頁(yè)18第18頁(yè)第18頁(yè)19第19頁(yè)第19頁(yè)20第20頁(yè)第20頁(yè) 原因4.法蘭剛度法蘭在外力作用下抵抗變形能力。剛度小受力後變形大，墊片受力不均，易泄漏。法蘭受力：思考：法蘭將如何變形？21第21頁(yè)第21頁(yè)法蘭變形

4、1:法蘭軸向翹曲變形22第22頁(yè)第22頁(yè)法蘭變形2法蘭環(huán)向翹曲變形23第23頁(yè)第23頁(yè)如何提高增長(zhǎng)法蘭厚度；減小螺栓力與墊片力作用點(diǎn)間距離；增大法蘭盤(pán)外徑；螺栓數(shù)量要足夠。24第24頁(yè)第24頁(yè) 原因五.操作條件壓力高介質(zhì)泄漏推動(dòng)力大。溫度高 介質(zhì)粘度低，滲入性強(qiáng)，容易泄漏； 介質(zhì)腐蝕性能增強(qiáng)； 法蘭、螺栓及墊片易發(fā)生蠕變，墊片比壓下降； 非金屬墊片易發(fā)生老化，喪失塑性。溫度壓力聯(lián)合作用，并且重復(fù)波動(dòng)，墊片容易發(fā)生“疲勞” 失效。25第25頁(yè)第25頁(yè)6.1.4 法蘭原則1.壓力容器法蘭原則1）甲型平焊法蘭26第26頁(yè)第26頁(yè)2）乙型平焊法蘭3）長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭27第27頁(yè)第27頁(yè)壓力容器法蘭選取 擬

5、定法蘭連接尺寸基本參數(shù)：公稱壓力（PN）和公稱直徑（DN)。.公稱直徑確實(shí)定： 管法蘭與相聯(lián)接管子公稱直徑相同； 壓力容器法蘭 板卷筒體，與相聯(lián)接筒體公稱直徑相同； 無(wú)縫鋼管作筒體，與相聯(lián)接無(wú)縫管公稱直徑相同。28第28頁(yè)第28頁(yè)公稱壓力 PN 法蘭材質(zhì) 最大允許工作壓力 (MPa)-20200 300350 0.6 Q235-A 0.4 0.33 0.30 16MnR 0.6 0.51 0.49 15MnVR 0.65 0.63 0.6法蘭公稱壓力擬定：.公稱壓力確實(shí)定：基準(zhǔn)：以16MnR在 200時(shí)力學(xué)性能為基準(zhǔn)擬定法蘭尺寸系列。 即基準(zhǔn)條件下，法蘭最大允許操作壓力為該法蘭公稱壓力。29第

6、29頁(yè)第29頁(yè) 擬定壓力容器法蘭PN JB4700-92(見(jiàn)書(shū)P160,161,P331) （1）.壓力容器法蘭材質(zhì)為20R，300 時(shí)設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa。其公稱壓力應(yīng)當(dāng)為多少？(P160) （2）管法蘭材質(zhì)為Q235-A,選取PN=0.6MPa，問(wèn)300時(shí)能否承受0.4MPa工作壓力？(查得值為0.36,董大勤)判斷一下：30第30頁(yè)第30頁(yè)壓力容器法蘭設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：（1）擬定DN;（2）依據(jù)法蘭材質(zhì)、工作溫度和最高工作壓力，擬定PN；（3）由PN,DN擬定法蘭形式及連接尺寸、螺栓尺寸及數(shù)量。（4）依據(jù)介質(zhì)工作溫度、工作壓力擬定密封面及墊 片類型；（5）擬定螺栓、螺帽材質(zhì)；（6）繪制草圖。3

7、1第31頁(yè)第31頁(yè)2.管法蘭管法蘭原則：1）HG205922063597 鋼制管法蘭、墊片、緊固件2）GB91129123 鋼制管法蘭注：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程推薦1）。32第32頁(yè)第32頁(yè)a.板式平焊HG20592-97 管法蘭類型：b.帶頸對(duì)焊法蘭33第33頁(yè)第33頁(yè)c.帶頸平焊d.承插焊e.平焊環(huán)松套板式f.翻邊松套板式34第34頁(yè)第34頁(yè)g.螺紋法蘭辦法蘭橢圓形法蘭h.法蘭蓋35第35頁(yè)第35頁(yè)例題為一臺(tái)精流塔配一對(duì)連接塔身與封頭法蘭。塔內(nèi)徑為1000mm,操作溫度為280，設(shè)計(jì)壓力為0.2MPa。塔體材質(zhì)為Q235-B。介質(zhì)無(wú)腐蝕性及其它危害。解：1.擬定DN DN=1000mm（

8、板卷筒體）。 2.擬定PN 法蘭材質(zhì)也采用Q235-BR,依據(jù)操作溫度（ 280C）及設(shè)計(jì)壓力（0.2MPa)，查溫度/壓力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa) (P160)。 3.由DN和PN，查尺寸原則JB4701-92,擬定連接尺寸及螺栓規(guī)格數(shù)量(P335)。螺栓M20 ,36個(gè)36第36頁(yè)第36頁(yè) 4.擬定密封面形式及墊片。 查表6-1，擬定采用平形密封面，墊片采用耐油橡膠石棉墊。墊片尺寸由相應(yīng)原則擬定。表6-3 給出參考寬度值：20mm。 5.擬定螺栓螺帽材質(zhì)。由相應(yīng)原則查得。表6-6給出參考值：螺栓螺母均為Q235-A。 6.繪草圖。螺栓M20 ,36個(gè)37第37頁(yè)第

9、37頁(yè)6.2 容器支座作用：支撐容器重量；固定位置。6.2.1 臥式容器支座種類：鞍座圈座支腿雙鞍式支座38第38頁(yè)第38頁(yè)1).支座反力計(jì)算每一支座反力：F=mg/2式中 mg設(shè)備總重。2).筒體軸向彎矩哪里較大？支座處(2-2截面）彎矩為負(fù)，橫截面上部受拉，下部受壓兩支座中間處（1-1截面）： 彎矩為正橫截面上部受壓，下部受拉。筒體受壓處也許出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何？39第39頁(yè)第39頁(yè)3).筒體軸向應(yīng)力計(jì)算在跨距中點(diǎn)：載荷介質(zhì)壓力，彎矩。在支座處：當(dāng)ARm/2時(shí)，封頭有支撐作用，保持筒體圓形，確保了局部剛度。“”上部為負(fù)，“+”下部為正。40第40頁(yè)第40頁(yè)4).筒體軸向應(yīng)力驗(yàn)算 判據(jù)

10、：B值得計(jì)算：1）由Rm和Se計(jì)算A:2）由A，依據(jù)材料線求B值；3）如A在材料線左側(cè)，由下式計(jì)算：41第41頁(yè)第41頁(yè)5）雙鞍式支座的結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)（1）結(jié)構(gòu)42第42頁(yè)第42頁(yè)材質(zhì)：墊板與筒體相同，其它-Q235-A.F 。43第43頁(yè)第43頁(yè)（2）鞍座原則及其標(biāo)識(shí)鞍座分為輕型（A）和重型（B）（BB）。 固定式F型； 活動(dòng)式S型。原則號(hào)：JB/T4712-92 . 鞍座標(biāo)識(shí)：JB/T4712-92 鞍座 型號(hào)公稱直徑-F或S比如：DN2600輕型鞍座標(biāo)識(shí)為JB/T4712-92 鞍座A2600-FJB/T4712-92 鞍座A2600-S44第44頁(yè)第44頁(yè)6).鞍座位置A確實(shí)定：ADo/

11、4,且小于0.2L。最大小于0.25L。L封頭赤道圓（切點(diǎn)）間距離。A赤道圓至支座中心線間距離。思考：在施工圖上，L,A標(biāo)注在赤道圓上，可否？45第45頁(yè)第45頁(yè)6.2.2 立式容器支座1.耳式支座2.裙座3.懸掛式支座4.支撐式支腳46第46頁(yè)第46頁(yè)6.3 容器開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)6.3.1.容器開(kāi)孔應(yīng)力集中現(xiàn)象開(kāi)孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)為： K=實(shí)際/膜其大小為多少？見(jiàn)平板開(kāi)孔試驗(yàn)測(cè)試：實(shí)測(cè)結(jié)果：K3即應(yīng)力集中點(diǎn)實(shí)際應(yīng)力大約為膜應(yīng)力3倍。47第47頁(yè)第47頁(yè)6.3.2.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)1.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)原則： 等面積補(bǔ)強(qiáng)。即要求局部補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積必須等于或不小于開(kāi)孔減去殼體截面積。（1）補(bǔ)強(qiáng)圈

12、結(jié)構(gòu)材質(zhì)厚度普通與殼體相同；補(bǔ)強(qiáng)圈要與殼體、接管較好地焊接，以同時(shí)受力。補(bǔ)強(qiáng)板上有一個(gè)M10小孔，用以檢查焊縫缺點(diǎn)；名曰泄漏信號(hào)孔。2.補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：48第48頁(yè)第48頁(yè)若須補(bǔ)強(qiáng)接管較多，可采用增長(zhǎng)殼體壁厚辦法，也稱為整體補(bǔ)強(qiáng)。（2）加強(qiáng)元件結(jié)構(gòu)（3）整體補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)49第49頁(yè)第49頁(yè)3.不另行補(bǔ)強(qiáng)最大開(kāi)孔直徑同時(shí)滿足下列要求，可不另行不強(qiáng)：（1）殼體設(shè)計(jì)壓力p2.5MPa;（2）兩相鄰孔中心距不小于兩孔直徑之和；（3）接管外徑小于89mm；（4）接管最小壁厚滿足下表要求：接管外徑25 3238 45 48 57 657689最小壁厚 3.5 4.0 5.0 6.050第50頁(yè)第50頁(yè)6.3.3.等

13、面積補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)辦法1. 開(kāi)孔有效補(bǔ)強(qiáng)范圍及補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算 等面積補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)金屬量等于或不小于開(kāi)孔所削弱金屬量。 圖上看，應(yīng)當(dāng)考慮截面是強(qiáng)度削弱較大截面 軸（縱）向截面面積：51第51頁(yè)第51頁(yè)B=2d d=接管內(nèi)徑+2C (C=C1+C2)52第52頁(yè)第52頁(yè) 等面積補(bǔ)強(qiáng)，縱截面上投影面積要滿足下式： A1+A2+A3AA1殼體奉獻(xiàn)（有效壁厚減去計(jì)算壁厚部分）；A2接管奉獻(xiàn)（有效壁厚減去計(jì)算壁厚部分）；A3焊縫金屬截面積; A殼體上需要補(bǔ)強(qiáng)截面積。（表6-20 P179）53第53頁(yè)第53頁(yè)在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，設(shè) Ae =A1+A2+A3假如Ae A ,則無(wú)需補(bǔ)強(qiáng)；假如Ae A ，則需要補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)面積為 A4=A- Ae54第54頁(yè)第54頁(yè)2.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：（1）擬定殼體及接管計(jì)算壁厚S和St ,C、C2以及d ；（2）擬定有效寬度B和高度h1 、h2 ；（3）計(jì)算A1、 A2、A3和A ；（4）比較Ae (=A1+A2+A3)與A ，若Ae A,則無(wú)需補(bǔ)強(qiáng)，不然，須補(bǔ)強(qiáng)。（5）