《化工设备机械基础》(第2版)董大勤编著课件《法兰与支座》ppt.ppt

第十二章第十二章 法兰联接法兰联接联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。联接件强度破坏很少见，多是密封不好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。设计中要防止介质泄漏。12.1压力容器法兰压力容器法兰n一、法兰密封原理一、法兰密封原理n1、组成、组成n2、密封原理、密封原理n1）、预紧工况）、预紧工况n初始密封条件：压紧应力达到一定数值使初始密封条件：压紧应力达到一定数值使垫片变形垫片变形，密封面上，密封面上微隙被填满微隙被填满，形成初始密封条件，形成初始密封条件n预紧密封比压：形成初始密封条件时预紧密封比压：形成初始密封条件时垫圈单位面积上的压紧力垫圈单位面积上的压紧力n密封比压主要决定于垫片材质密封比压主要决定于垫片材质n垫片材质确定后，垫片越宽，为保证密封比压，预紧力越大，垫片材质确定后，垫片越宽，为保证密封比压，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大螺栓和法兰尺寸也越大n垫片不应过宽垫片不应过宽2）、操作工况）、操作工况n工作密封比压工作密封比压:内压轴向力拉伸，内压轴向力拉伸，降低了压紧应力降低了压紧应力，垫片有足够回弹，垫片有足够回弹，补偿变形，当垫圈上的比压下降到补偿变形，当垫圈上的比压下降到某一临界值时，某一临界值时，回弹不足回弹不足，介质发，介质发生泄漏，这一临界值称为工作密封生泄漏，这一临界值称为工作密封比压。比压。n3)、法兰密封条件、法兰密封条件q预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压q工作时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作密封比压工作时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作密封比压n3、法兰的失效形式：界面泄漏和渗透泄漏、法兰的失效形式：界面泄漏和渗透泄漏二、法兰结构与分类二、法兰结构与分类n1、按接触面形式分按接触面形式分q窄面法兰窄面法兰q宽面法兰宽面法兰n2、按整体性程度分、按整体性程度分q松式法兰松式法兰q整体法兰整体法兰q任意式法兰任意式法兰整体法兰松式法兰n三、影响密封的主要因素三、影响密封的主要因素n1、法兰密封面型式、法兰密封面型式n2、螺栓预紧力、螺栓预紧力n3、垫片、垫片n4、法兰刚度、法兰刚度n5、操作条件、操作条件平面型平面型凹凸面形凹凸面形榫槽面型榫槽面型n结构简单，加工方便，结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。便于进行防腐衬里。n接触面积大，预紧时垫接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压片容易往两边挤，不易压紧。紧。n防止垫片防止垫片被挤出，被挤出，n适用于压适用于压力较高。力较高。n槽中垫片不被挤动。槽中垫片不被挤动。n螺栓力较小。获得良好的密封效果。螺栓力较小。获得良好的密封效果。n结构较复杂，更换垫片较困难。结构较复杂，更换垫片较困难。n榫面容易损坏，榫面容易损坏，n适于易燃、易爆、有毒介质及较高压适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。力。n压力不大时，即使直径较大，也能很压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。好密封。锥形密封面梯形槽密封面锥形密封面梯形槽密封面密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质密封面型式选择，主要考虑压力、温度、介质n法兰的翘曲变形法兰的翘曲变形增加法兰厚度可增加其强度增加法兰厚度可增加其强度增加与法兰连接处的器壁厚度可增加其刚度增加与法兰连接处的器壁厚度可增加其刚度尽可能减小螺栓孔中心圆直径尽可能减小螺栓孔中心圆直径垫片垫片n垫片是法兰密封的基础垫片是法兰密封的基础n垫片垫片适当变形和回弹能力适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。是形成密封的必要条件。n垫片分类：垫片分类：非金属非金属、非金属与金属、非金属与金属混合混合制的垫片、制的垫片、金属金属n垫片材料的选择：垫片材料的选择：根据根据温度、压力温度、压力以及以及介质介质腐蚀决定，同时腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。非金属垫片：非金属垫片：材料：材料：橡胶石棉板、橡胶石棉板、聚四氟乙烯聚四氟乙烯等。等。特点：柔软，但耐温度和压力性能较金属垫片差特点：柔软，但耐温度和压力性能较金属垫片差适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道金属垫片：金属垫片：材料：要求软韧，一般不要求强度高，材料：要求软韧，一般不要求强度高，常用软铝、紫铜、铁常用软铝、紫铜、铁(软钢软钢)、蒙耐尔合金、蒙耐尔合金 （含（含Ni67Ni67，Cu30Cu30，Cr4Cr45 5)钢等钢等适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封金属与非金属混合制垫片：金属与非金属混合制垫片：n用薄金属板（镀锌薄钢板、用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni90Cr18Ni9等）将非金属包起来；等）将非金属包起来；n薄低碳钢带薄低碳钢带(或合金钢带或合金钢带)与石棉与石棉带一起绕制而成。带一起绕制而成。金属包垫片金属包垫片缠绕垫片缠绕垫片四、容器法兰标准四、容器法兰标准n1、类型与结构、类型与结构q甲型平焊法兰（甲型平焊法兰（JB5701-92)q乙型平焊法兰（乙型平焊法兰（JB5702-92)q长颈对焊法兰（长颈对焊法兰（JB5703-92)带衬环带衬环厚度更大的颈，刚性大。厚度更大的颈，刚性大。更高压力范围更高压力范围(0.6MPa(0.6MPa6.4MPa)6.4MPa)更高直径范围更高直径范围(300mm(300mm2000mm)2000mm)，适用温度范围为适用温度范围为-20-20450450。v平焊与对焊法兰都有带平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两衬环的与不带衬环的两种。种。当设备是由不锈钢制作时，当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。衬环，可以节省不锈钢。2 2、尺寸系列、尺寸系列两个基本参数两个基本参数按公称压力分为七个等级按公称压力分为七个等级0.25、0.60、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4公称直径公称直径公称压力公称压力公称直径与公称压力公称直径与公称压力n由法兰标准确定法兰尺寸的依据由法兰标准确定法兰尺寸的依据n只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法兰的尺寸也就确定了。兰的尺寸也就确定了。n压力容器法兰公称直径同压力容器压力容器法兰公称直径同压力容器q例如例如DN 1000mmDN 1000mm的压力容器，应当配用的压力容器，应当配用DN 1000mmDN 1000mm的压力容器法兰。的压力容器法兰。法兰公称压力：法兰公称压力：n与最大操作压力、操作温度以及材料有关与最大操作压力、操作温度以及材料有关n定义：以定义：以16MnR16MnR在在200200时的机械性能为时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在基准确定法兰尺寸，在200200时，它的最时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。的公称压力。n公称压力公称压力PN PN 0.6MPa0.6MPa法兰，用法兰，用16MnR16MnR制造的，制造的，在在200200时，最大允许操作压力时，最大允许操作压力0.6MPa0.6MPa。n高于高于200200的最大操作压力将低于它的公称的最大操作压力将低于它的公称压力压力0.6MPa0.6MPa。n低于低于200200仍按仍按200200确定其最高工作压力。确定其最高工作压力。n材料改为材料改为Q235-AQ235-A，机械性能机械性能比比16MnR16MnR差差，公称压力，公称压力PN0.6MPaPN0.6MPa的法兰，的法兰，200200操作，操作，n最大允许操作压力低于公称压力。最大允许操作压力低于公称压力。n材料由材料由16MnR16MnR改为改为15MnVR15MnVR，机械性能优于机械性能优于16MnR16MnR，公称公称压力压力PN0.6MPaPN0.6MPa的法兰，在的法兰，在200200操作时，操作时，n最大允许操作压力将高于它的公称压力。最大允许操作压力将高于它的公称压力。3 3、标准中法兰尺寸的确定、标准中法兰尺寸的确定4 4、最大允许工作压力、最大允许工作压力5 5、容器法兰的确定、容器法兰的确定材料材料温度温度法兰形式法兰形式垫片垫片16MnR200公称压力的确定：公称压力的确定：选配法兰按照设计压力小于最大允许工作压力确定公称压力选配法兰按照设计压力小于最大允许工作压力确定公称压力为操作温度为操作温度300300，设计压力，设计压力0.6MPa0.6MPa的容器选配法兰（确定公称压力）。的容器选配法兰（确定公称压力）。材料材料15MnVR15MnVR按公称压力按公称压力0.6MPa0.6MPa查取。查取。材料材料20R20R按公称压力按公称压力1.0MPa1.0MPa查取尺寸。查取尺寸。7、法兰标记n法兰法兰C-T 800-1.6 JB/T4702-2000n公称压力公称压力1.6MPa，公称直径，公称直径800mm的的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法兰兰选配法兰步骤n1、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型n2、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰公称压力公称压力n3、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型n4、根据法兰的公称直径和公称压力，然后查标准确、根据法兰的公称直径和公称压力，然后查标准确定法兰尺寸定法兰尺寸n5、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺母及垫片。母及垫片。选配法兰步骤n公称直径公称直径n设计压力设计压力n初选法兰结构类型初选法兰结构类型n设计压设计压力力n设计温设计温度度n法兰材法兰材料料确定法兰公称压力确定法兰公称压力最大允许工作压力最大允许工作压力n公称直径公称直径n公称压力公称压力n验证法兰类型验证法兰类型n公称直径公称直径n公称压力公称压力n查标准确定法兰尺寸查标准确定法兰尺寸n法兰型式法兰型式n材料材料n设计温度设计温度选配螺栓、螺母及垫片选配螺栓、螺母及垫片12345例：塔身与封头的法兰。塔内径例：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm1000mm，操操作温度作温度280280，设计压力，设计压力0.2MPa0.2MPa。Q235-AQ235-A。n压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初选甲型平焊法选甲型平焊法兰，兰，平面密封面；平面密封面；n根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为为0.6MPa0.6MPa；n验证法兰类型；验证法兰类型；n查查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓表得法兰的各部尺寸，联接螺栓M20M20，共，共3636个；个；n查表确定查表确定螺栓、螺母及垫片；螺栓、螺母及垫片；n用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板联接螺栓联接螺栓M20M20，共，共3636，材料，材料Q235-AQ235-A13.213.2管法兰标准管法兰标准v同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，同样公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相代用。不能互相代用。v管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。铸铁法兰、活套法兰、螺纹法兰等。v管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。思考题：思考题：n1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？素有哪些？n2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？法兰的型式有哪些？各有什么特点？n3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？n4.常用的垫片材料有哪些？常用的垫片材料有哪些？n5.标准中法兰尺寸确定的依据标准中法兰尺寸确定的依据?n确定法兰尺寸的两个参数是确定法兰尺寸的两个参数是?第十四章 容器支座n一、卧式容器支座一、卧式容器支座n1 1、分类、分类q鞍座、圈座、支腿鞍座、圈座、支腿q鞍座鞍座q圈座圈座q支腿支腿2 2、鞍座结构及选用、鞍座结构及选用n轻型（轻型（A A型）和重型（型）和重型（B B型）（型）（BI-BI-BVBV）n带垫板和不带垫板带垫板和不带垫板nF F型和型和S S型型n焊制和弯制焊制和弯制n包角包角120120和和150 150 带垫板带垫板n有效厚度小于等于有效厚度小于等于3mm3mmn容器有热处理要求容器有热处理要求n容器与鞍座温差大于容器与鞍座温差大于200 200 n容器材质为不锈钢容器材质为不锈钢每种型式鞍座又分为固定式支座（每种型式鞍座又分为固定式支座（F)F)和滑动式支座（和滑动式支座（S)S)F F型：底板上开型：底板上开圆形圆形螺栓孔螺栓孔S S型：底座开型：底座开长圆形长圆形螺栓孔；螺栓孔；防止热胀等原因对设备造成附加应力防止热胀等原因对设备造成附加应力n焊制焊制腹板和底板腹板和底板焊接在一起焊接在一起n弯制弯制腹板和底板腹板和底板为一体为一体n鞍座包角鞍座包角120120或或150150，安放稳定，安放稳定，分散应力。分散应力。n鞍式支座鞍式支座标准标准JB/T4712-92 JB/T4712-92 n根据容器公称直径和重量选用根据容器公称直径和重量选用n基本尺寸：高度、宽度基本尺寸：高度、宽度b b、包角和腹包角和腹板厚度板厚度选用原则n实际承受的最大载荷必须小于鞍座实际承受的最大载荷必须小于鞍座得允许载荷即：得允许载荷即：QmaxQmaxQQnQmaxQmax：实际操作，水压试验：实际操作，水压试验nQQ：标准高度（标准高度（200200），随高度），随高度升高而降低升高而降低nF F型和型和S S型搭配使用型搭配使用鞍座与筒体端部距离鞍座与筒体端部距离A A确定（双鞍座）：确定（双鞍座）：当当L/DL/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取座处筒体的加强作用，取A0.25DA0.25D；当筒体的当筒体的L/DL/D较小，较小，L/DL/D或有加强圈时，取或有加强圈时，取A0.2LA0.2L。3 3 圈座圈座 采用圈座的情况：采用圈座的情况：对于大直径薄壁容器和真空容器，因对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成严重挠曲；其自身重量可能造成严重挠曲；多于两个支承的长容器。多于两个支承的长容器。除常温常压下操作的容器外，至少应除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的。有一个圈座是滑动支承的。4 4 腿式支座腿式支座 n简称支腿简称支腿n连接处造成严重的局部应力，只连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备（适用于小型设备（DN1600DN1600、L5mL5m）。）。n腿式支座的结构型式、系列参数腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准等参见标准JB/T 4714-92 JB/T 4714-92 腿式腿式支座支座。n二、立式容器支座二、立式容器支座n1 1、分类、分类q耳式、支承式、裙座、支腿耳式、支承式、裙座、支腿n2 2、耳式支座、耳式支座n两类两类:A:A型（短臂）和型（短臂）和B B型（长臂）型（长臂）n每类又分为带垫板与每类又分为带垫板与不带垫板两种结构不带垫板两种结构 q设备较大或器壁较薄设备较大或器壁较薄 q不锈钢制设备，合金元素的流失不锈钢制设备，合金元素的流失n标准耳式支座的材料为标准耳式支座的材料为Q235-A.FQ235-A.F 耳式支座选用的方法：耳式支座选用的方法：（1 1）估算设备总重，算每个支座（按）估算设备总重，算每个支座（按2 2个计算）的负荷个计算）的负荷QQ值；值；（2 2）确定支座型式，从表按允许负荷）确定支座型式，从表按允许负荷QQ允允大于实际负荷大于实际负荷QQ，选支座。选支座。v小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。v大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。3、支承式、支承式用角钢、槽钢用角钢、槽钢制作，或用数制作，或用数块钢板焊成块钢板焊成(A)(A)钢管钢管(B),(B),都都带垫板带垫板型式、结构、型式、结构、尺寸及材料尺寸及材料JB/T 4724-92 JB/T 4724-92 支承式支座支承式支座。支承式支座的选用：支承式支座的选用：简单轻便简单轻便局部应力较大，当壳体刚度较小、壳局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体和支座材料差异或温度差异较大体和支座材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理，应设置时，或壳体需焊后热处理，应设置加强板。加强板。加强板的材料应和壳体材料相同或相加强板的材料应和壳体材料相同或相似。似。裙式支座裙式支座塔设备最常用裙式支座。塔设备最常用裙式支座。目前还没有标准。目前还没有标准。各部分尺寸均需通过计算或实各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。践经验确定。思考题：思考题：1 1、卧式容器和立式容器的支座、卧式容器和立式容器的支座有哪几种？有哪几种？2 2、双鞍座卧式容器支座位置按、双鞍座卧式容器支座位置按哪些原则确定？哪些原则确定？第三节检查孔n一、分类n人孔n手孔n螺纹塞孔n二、人孔n1、标准n不锈钢人孔标准HGJ504513-86n碳素刚、低合金钢人孔和手孔标准HG2151421535-95n说明：联接 用 钢制管法兰、垫片、紧固件n2、人孔结构 垂直吊盖 回转盖 水平吊盖n板式平焊法兰 0.6MPan带颈平焊法兰 1.0、1.6MPan长颈对焊法兰 2.5MPan