压力容器设计之三——法兰与补强.pptx

四、密封装置设计螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构及密封设计及密封设计高压密封结构高压密封结构螺栓法兰螺栓法兰连接结构连接结构密封机理密封机理泄漏形式泄漏形式螺栓法兰连接的密封条件螺栓法兰连接的密封条件1、预紧工况、预紧工况-初始密封条件初始密封条件垫垫片片比比压压力力（y）-在在预预紧紧工工况况下下，形形成成初初始始密密封封条条件件时时垫垫片单位面积上所受的最小压紧力。片单位面积上所受的最小压紧力。要求预紧工况下，垫片单位面积上的压紧力不小于要求预紧工况下，垫片单位面积上的压紧力不小于y，否则否则介质会发生泄漏。介质会发生泄漏。2、操作工况、操作工况-工作密封条件工作密封条件操作密封比压操作密封比压-操作时，为保证密封，垫片单位面积上必操作时，为保证密封，垫片单位面积上必须维持的压紧力，通常取须维持的压紧力，通常取m倍的计算压力（倍的计算压力（mPC）。）。保证密封的条件保证密封的条件预紧时，法兰密封面预紧时，法兰密封面上的比压不低于预紧上的比压不低于预紧密封比压密封比压y工作时，法兰密封面工作时，法兰密封面上的比压不低于操作上的比压不低于操作密封比压，即密封比压，即m倍的倍的介质计算压力介质计算压力影响密封的因素影响密封的因素螺栓预紧力螺栓预紧力法兰刚度法兰刚度压压紧紧面面形形式式和加工质和加工质量量垫片性能垫片性能操作条件操作条件 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螺栓法兰连接设计螺栓法兰连接设计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常用用材材料料：石石棉棉橡橡胶胶板板、橡橡胶胶板板、聚聚四四氟氟乙乙烯烯、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要有有全全面面的的观观念念，综综合合考考虑虑温温度度、压压力力、介介质质、压压紧紧面面形形式式等等方方面面要要求求，其其中中温温度度和和压压力力是是影影响响密密封的主要因素，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。在在保保证证密密封封的的前前提提下下，尽尽量量选选用用结结构构简简单单、价价格格便宜、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4-10）垫片选择原则垫片选择原则1、预紧工况、预紧工况Fa=DGbyDG-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 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螺栓直径螺栓直径螺栓间距的限制螺栓间距的限制螺螺栓栓是是法法兰兰密密封封连连接接中中的的重重要要元元件件，对对其其基基本本要要求是强度要高、韧性要好。求是强度要高、韧性要好。螺螺母母更更换换比比螺螺栓栓容容易易，且且螺螺母母价价廉廉，所所以以要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。为为避避免免螺螺栓栓和和螺螺母母咬咬死死或或胶胶合合，要要求求螺螺栓栓材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。螺栓材料螺栓材料法兰类型法兰类型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/T7490*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。*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法兰强度计算方法简介法兰强度计算方法简介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：1、工工作作可可靠靠，在在正正常常压压力力和和温温度度波波动动范范围围内均能保证密封。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高压密封结构高压密封结构特点：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：t200CDi1000mm平垫密封平垫密封优点：优点：螺纹套筒代替主螺栓，承螺纹套筒代替主螺栓，承载能力大，装拆方便。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=6.435MPat=0400CDi=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平垫密封平垫密封螺栓法兰密封设计计算螺栓法兰密封设计计算螺栓载荷计算螺栓载荷计算双锥密封双锥密封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2、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五、开孔和开孔补强设计强度削弱强度削弱 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）开孔削弱的面积内压圆筒或球壳内压圆筒或球壳内压圆筒或球壳内压圆筒或球壳外压圆筒或球壳外压圆筒或球壳外压圆筒或球壳外压圆筒或球壳平盖（开孔直径平盖（开孔直径平盖（开孔直径平盖（开孔直径d0.5Dd0.5Di i时）时）时）时）（二）补强金属面积（二）补强金属面积壳体壳体接管接管焊缝焊缝补强圈面积补强圈面积补强圈厚度补强圈厚度T接管方位接管方位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: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: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。