最新压力容器设计-法兰与补强幻灯片.ppt

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1、螺栓法兰螺栓法兰连接结构连接结构 密封性设计密封性设计（压紧面、垫片、螺栓）（压紧面、垫片、螺栓） 法兰标准简介法兰标准简介 法兰强度计算方法简介法兰强度计算方法简介压紧面形式压紧面形式 平面形、平面形、O形、波形、齿形、八角形、形、波形、齿形、八角形、 椭圆形等椭圆形等 非金属垫片非金属垫片 常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、合成纤维、石墨等。合成纤维、石墨等。 金属垫片金属垫片 常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等。 组合式垫片组合式垫片包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属包括：金属包垫

2、片；缠绕式垫片；带骨架的非金属垫片等。垫片等。 垫片形状垫片形状垫片类型垫片类型垫片垫片垫片断面形式垫片断面形式 要有全面的观念，综合考虑温度、压力、介质、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。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。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。依据标准和规范，重视实践经验。 垫片选用表（表垫片选用表（表4-

3、10） 垫片选择原则垫片选择原则1、预紧工况、预紧工况 Fa=DGby DG-垫片计算直径垫片计算直径 b-垫片有效密封宽度垫片有效密封宽度 螺栓载荷螺栓载荷Wa=Fa2、操作工况、操作工况 FP=2DGbmPC 螺栓载荷螺栓载荷WP=F+FP = +2DGbmPC CGPD24螺栓载荷螺栓载荷螺栓设计螺栓设计预紧工况：预紧工况：操作工况：操作工况：取取Am=maxAa，AP baaWAtbPPWAnAdm40螺栓直径螺栓直径）螺栓最小间距（表法兰有效厚度螺栓公称直径螺栓最大间距：12-4)5 . 0(62)45 . 3(maxfBfBBdmdLdL螺栓间距的限制螺栓间距的限制螺栓是法兰密封连

4、接中的重要元件，对其基本要螺栓是法兰密封连接中的重要元件，对其基本要求是强度要高、韧性要好。求是强度要高、韧性要好。 螺母更换比螺栓容易，且螺母价廉，所以要螺母更换比螺栓容易，且螺母价廉，所以要求螺栓材料的强度比螺母高。求螺栓材料的强度比螺母高。 为避免螺栓和螺母咬死或胶合，要求螺栓材为避免螺栓和螺母咬死或胶合，要求螺栓材料的硬度比螺母高料的硬度比螺母高HB30以上。以上。 对于对于t-20的螺栓，要求选用低合金钢，并的螺栓，要求选用低合金钢，并进行夏比进行夏比V形缺口低温冲击试验。形缺口低温冲击试验。 螺栓材料螺栓材料任意式法兰整体法兰松式法兰按结构形式管道法兰容器法兰按使用场合钢制管法兰标

5、准容器法兰标准法兰标准JB47004707-2000压力容器法兰压力容器法兰GB91129125HG2059220635-1997钢制管法兰、垫片、紧固件钢制管法兰、垫片、紧固件JB/T 7490* 一对相配的法兰必须选用同一标准一对相配的法兰必须选用同一标准法兰公称直径（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。与法兰相配的筒体、封头或管子的公称直径。法兰公称压力（法兰公称压力（PN） 指定材料的法兰在指定温度下的最大工作压力。指定材料的法兰在指定温度下的最大工作压力。美洲体系欧洲体系法兰公称压力等级* 两个体系间不能互相配用两个体系间不能互相配用注意注意塑性失效设计准则

6、塑性分析弹性失效设计准则弹性分析(*)(*)法法弹性分析设计计算方法WatersTimoshenko应力分析模型应力分析模型法兰强度校核条件：法兰强度校核条件： tntfH 5 . 2 5 . 1mintfRtfTtfRH2tfTH21、工作可靠，在正常压力和温度波动范围、工作可靠，在正常压力和温度波动范围内均能保证密封。内均能保证密封。2、结构简单紧凑，装拆、维修方便。、结构简单紧凑，装拆、维修方便。3、密封元件能耐介质腐蚀且价格便宜。、密封元件能耐介质腐蚀且价格便宜。1、金属密封元件、金属密封元件2、窄面或线接触密封、窄面或线接触密封3、自紧或半自紧密封、自紧或半自紧密封高压密封的基本要求

7、高压密封的基本要求高压密封的基本特点高压密封的基本特点特点：特点： 强制式密封强制式密封 采用窄面金属垫片采用窄面金属垫片 主螺栓直径大主螺栓直径大适用范围：适用范围：t 200C Di 1000mm平垫密封平垫密封优点：优点： 螺纹套筒代替主螺栓，螺纹套筒代替主螺栓，承载能力大，装拆方便。承载能力大，装拆方便。 预紧螺栓直径小预紧螺栓直径小缺点：缺点：螺纹套筒可能锈蚀螺纹套筒可能锈蚀而拆卸困难。而拆卸困难。（螺纹套筒可用（螺纹套筒可用主螺栓代替）主螺栓代替）适用范围：适用范围：大直径、高压力大直径、高压力卡扎里密封卡扎里密封双锥密封双锥密封g的大小的大小锥环刚度锥环刚度锥环尺寸锥环尺寸预紧力

8、的大小预紧力的大小 1、结构简单，装拆方便、密封可靠。、结构简单，装拆方便、密封可靠。2、半自紧密封，主螺栓直径较小。、半自紧密封，主螺栓直径较小。3、压力和温度波动时也能保证良好密封。、压力和温度波动时也能保证良好密封。适用范围：适用范围：P=6.435MPa t =0400C Di =4002000mm双锥密封双锥密封双锥密封特点双锥密封特点 1、全自紧式密封，压力和温度的波动不会影响密封可靠性。、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。、取消了主螺栓，使筒体端部尺寸减小。 零件多、结构复杂。零件多、结构复杂。优点优点缺点缺点伍德密封伍德密

9、封C形环密封形环密封O形环密封形环密封其它密封结构其它密封结构环形内腔环形内腔可增可增加垫片弹性和加垫片弹性和自紧作用，补自紧作用，补偿温度波动对偿温度波动对密封的影响。密封的影响。 1、透镜垫和锥形密封面线接触，密封容易。、透镜垫和锥形密封面线接触，密封容易。 2、管道可小范围偏转，自位性好。、管道可小范围偏转，自位性好。 3、松式法兰，管道所受附加力矩小。、松式法兰，管道所受附加力矩小。特点特点高压管道密封高压管道密封1、改善密封接触表面、改善密封接触表面2、改进垫片结构、改进垫片结构3、采用焊接密封元件、采用焊接密封元件提高高压密封性能的措施提高高压密封性能的措施螺栓法兰密封设计计算螺栓

10、法兰密封设计计算1、预紧载荷分析、预紧载荷分析（1）压紧垫片所需螺栓力）压紧垫片所需螺栓力代入几何关系：代入几何关系：（2）消除径向间隙）消除径向间隙g所需螺栓力所需螺栓力111WWWWa2、操作载荷分析、操作载荷分析（1）内压对平盖的轴向力）内压对平盖的轴向力（2）径向扩张力的轴向分力）径向扩张力的轴向分力hh（3）回弹力的轴向分力）回弹力的轴向分力h强度削弱强度削弱 不连续应力不连续应力 局部应力局部应力 焊接缺陷和残余应力焊接缺陷和残余应力 开孔接管部位的应力集中开孔接管部位的应力集中允许不另行补强的最大开孔直径允许不另行补强的最大开孔直径开孔最大直径的限制开孔最大直径的限制有效补强范围

11、有效补强范围ntC1+2C2CtetBdi+2Ch1h2Cen（一）开孔削弱的面积（一）开孔削弱的面积)1 (2retfdAtntbrf其中：)1 (2 5 . 0retfdApdA5 . 0（二）补强金属面积（二）补强金属面积壳体壳体)1)(2)(1reetefdBA接管接管retrtetfChfhA)(2)(22212焊缝焊缝203212hA单条焊缝：补强圈面积补强圈面积)(3214AAAAA补强圈厚度补强圈厚度T椭圆形封头椭圆形封头当开孔位于以封头中心为中心当开孔位于以封头中心为中心80%封头内直径封头内直径的范围内时的范围内时:cticpDpK5 . 0 21在此范围以外开孔时，在此范围以外开孔时，按椭圆封头壁厚式计算。按椭圆封头壁厚式计算。蝶形封头蝶形封头当开孔位于封头球面部分内时当开孔位于封头球面部分内时:) 1M(5 . 0 2即cticpRp在此范围以外开孔时，在此范围以外开孔时，按碟形封头壁厚式计算。按碟形封头壁厚式计算。