《化工设备机械基础》(第2版)董大勤编著课件《法兰与支座》ppt

第十二章 法兰联接,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。,12.1压力容器法兰,一、法兰密封原理 1、组成,2、密封原理 1）、预紧工况 初始密封条件：压紧应力达到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件 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 密封比压主要决定于垫片材质 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 垫片不应过宽,2）、操作工况,工作密封比压:内压轴向力拉伸，降低了压紧应力，垫片有足够回弹，补偿变形，当垫圈上的比压下降到某一临界值时，回弹不足，介质发生泄漏，这一临界值称为工作密封比压。,3)、法兰密封条件 预紧时：垫圈单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压 工作时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作密封比压,3、法兰的失效形式：界面泄漏和渗透泄漏,二、法兰结构与分类,1、按接触面形式分 窄面法兰 宽面法兰 2、按整体性程度分 松式法兰 整体法兰 任意式法兰,整体法兰,松式法兰,三、影响密封的主要因素 1、法兰密封面型式 2、螺栓预紧力 3、垫片 4 、法兰刚度 5、操作条件,平面型 凹凸面形 榫槽面型,结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。 接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。,防止垫片被挤出， 适用于压力较高。,槽中垫片不被挤动。 螺栓力较小。获得良好的密封效果。 结构较复杂，更换垫片较困难。 榫面容易损坏， 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。,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,法兰的翘曲变形,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 尽可能减小螺栓孔中心圆直径,垫片,垫片是法兰密封的基础 垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。 垫片分类：非金属、非金属与金属混合制的垫片、金属 垫片材料的选择：根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考虑密封面形式、螺栓力的大小以及装卸要求等。,非金属垫片：,材料：橡胶石棉板、 聚四氟乙烯等。 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,金属垫片：,材料：要求软韧，一般不要求强度高， 常用软铝、紫铜、铁(软钢)、蒙耐尔合金 （含Ni67，Cu30，Cr45)钢等 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：,用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni9等）将非金属包起来； 薄低碳钢带(或合金钢带)与石棉带一起绕制而成。,金属包垫片 缠绕垫片,四、容器法兰标准,1、类型与结构 甲型平焊法兰（JB5701-92) 乙型平焊法兰（JB5702-92) 长颈对焊法兰（JB5703-92) 带衬环,厚度更大的颈，刚性大。 更高压力范围(0.6MPa6.4MPa) 更高直径范围(300mm2000mm)， 适用温度范围为-20450。,平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。 当设备是由不锈钢制作时，采用碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。,2、尺寸系列 两个基本参数 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 公称压力,公称直径与公称压力,由法兰标准确定法兰尺寸的依据 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。 压力容器法兰公称直径同压力容器 例如DN 1000mm的压力容器，应当配用DN 1000mm的压力容器法兰。,法兰公称压力：,与最大操作压力、操作温度以及材料有关 定义：以16MnR在200时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在200时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。,公称压力PN 0.6MPa法兰，用16MnR制造的，在200时，最大允许操作压力0.6MPa。 高于200的最大操作压力将低于它的公称压力0.6MPa。 低于200仍按200确定其最高工作压力。,材料改为Q235-A，机械性能比16MnR差，公称压力PN0.6MPa的法兰，200操作， 最大允许操作压力低于公称压力。 材料由16MnR改为15MnVR，机械性能优于16MnR，公称压力PN0.6MPa的法兰，在200操作时， 最大允许操作压力将高于它的公称压力。,3、标准中法兰尺寸的确定 4、最大允许工作压力 5、容器法兰的确定,材料 温度 法兰形式 垫片,16MnR 200,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,为操作温度300，设计压力0.6MPa的容器选配法兰（确定公称压力）。 材料15MnVR按公称压力0.6MPa查取。 材料20R按公称压力1.0MPa查取尺寸。,7、法兰标记,法兰C-T 800-1.6 JB/T4702 -2000 公称压力1.6MPa，公称直径800mm的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法兰,选配法兰步骤,1、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型 2、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰公称压力 3、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型 4、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 5、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺母及垫片。,选配法兰步骤,公称直径,设计压力,初选法兰结构类型,设计压力 设计温度 法兰材料,确定法兰公称压力,最大允许工作压力,公称直径 公称压力,验证法兰类型,公称直径 公称压力,查标准确定法兰尺寸,法兰型式 材料 设计温度,选配螺栓、螺母及垫片,1,2,3,4,5,例：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm，操作温度280，设计压力0.2MPa。Q235-A。,压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初选甲型平焊法兰，平面密封面； 根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为0.6MPa； 验证法兰类型； 查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓M20，共36个； 查表确定螺栓、螺母及垫片； 用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板 联接螺栓M20，共36，材料Q235-A,13.2管法兰标准,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。 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。 管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。,思考题：,1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？ 2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？ 3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？ 4.常用的垫片材料有哪些？ 5.标准中法兰尺寸确定的依据? 确定法兰尺寸的两个参数是?,第十四章 容器支座,一、卧式容器支座 1、分类 鞍座、圈座、支腿,鞍座 圈座 支腿,2、鞍座结构及选用,轻型（A型）和重型（B型）（BI-BV） 带垫板和不带垫板 F型和S型 焊制和弯制 包角120和150 ,带垫板,有效厚度小于等于3mm 容器有热处理要求 容器与鞍座温差大于200 容器材质为不锈钢,每种型式鞍座又分为固定式支座（F)和滑动式支座（S) F型：底板上开圆形螺栓孔 S型：底座开长圆形螺栓孔； 防止热胀等原因对设备造成附加应力,焊制 腹板和底板 焊接在一起 弯制 腹板和底板 为一体,鞍座包角120或150，安放稳定，分散应力。,鞍式支座标准JB/T4712-92 根据容器公称直径和重量选用 基本尺寸：高度、宽度b、包角和腹板厚度,选用原则,实际承受的最大载荷必须小于鞍座得允许载荷即：QmaxQ Qmax：实际操作，水压试验 Q：标准高度（200），随高度升高而降低 F型和S型搭配使用,鞍座与筒体端部距离A确定（双鞍座）： 当L/D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A0.25D； 当筒体的L/D较小， L/D或有加强圈时，取A0.2L。,3 圈座,采用圈座的情况： 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； 多于两个支承的长容器。 除常温常压下操作的容器外，至少应有一个圈座是滑动支承的。,4 腿式支座,简称支腿 连接处造成严重的局部应力，只适用于小型设备（DN1600、L5m）。 腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准JB/T 4714-92 腿式支座。,二、立式容器支座 1、分类 耳式、支承式、裙座、支腿 2、耳式支座,两类:A型（短臂）和B型（长臂） 每类又分为带垫板与不带垫板两种结构,设备较大或器壁较薄 不锈钢制设备，合金元素的流失 标准耳式支座的材料为Q235-A.F,耳式支座选用的方法：,（1）估算设备总重，算每个支座（按2个计算）的负荷Q值； （2）确定支座型式，从表按允许负荷Q允大于实际负荷Q，选支座。 小型设备耳式支座，可支承在管子或型钢制的立柱上。 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,用角钢、槽钢制作，或用数块钢板焊成(A)钢管(B),都带垫板 型式、结构、尺寸及材料JB/T 4724-92 支承式支座。,支承式支座的选用：,简单轻便 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时，或壳体需焊后热处理，应设置加强板。 加强板的材料应和壳体材料相同或相似。,裙式支座,塔设备最常用裙式支座。 目前还没有标准。 各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。,思考题：,1、卧式容器和立式容器