第十二章 容器零部件

1、第十二章第十二章 容器零部件容器零部件 第一节第一节 法兰联接法兰联接 生产工艺要求，或为制造、运输、安生产工艺要求，或为制造、运输、安装、检修方便，常采用可拆卸的联装、检修方便，常采用可拆卸的联接结构。接结构。常见的可拆卸结构有：常见的可拆卸结构有：法兰联接法兰联接螺纹联接螺纹联接 承插式联接。承插式联接。v设备法兰与管法兰均已制定出标准。设备法兰与管法兰均已制定出标准。根据公称直径和公称压力，可以从根据公称直径和公称压力，可以从标准中查到，少量超出标准规定范标准中查到，少量超出标准规定范围法兰，才需进行设计。围法兰，才需进行设计。v法兰连接是一种能较好地满足上述法兰连接是一种能较好地满足上

2、述要求的可拆连接。要求的可拆连接。v法兰连接结构是一个组合件，有一法兰连接结构是一个组合件，有一对法兰，数个螺栓、螺母和一个垫对法兰，数个螺栓、螺母和一个垫片组成片组成一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理组合件组合件联接件强度破坏很少见，多是密封不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。好而泄漏。设计中要防止介质泄漏。法兰密封的原理法兰密封的原理预紧力压紧垫片。预紧力压紧垫片。压紧应力（垫片密封比压力）到一定压紧应力（垫片密封比压力）到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始密封条件。满，形成初始密封条件。密封比压

3、力主要决定于垫片材质。密封比压力主要决定于垫片材质。垫片材质确定后，垫片越宽，为保证垫片材质确定后，垫片越宽，为保证比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺比压力，预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大，所以垫片不应过宽，更不寸也越大，所以垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片。应该把整个法兰面都铺满垫片。工作状态内压轴向力拉伸，降低了压工作状态内压轴向力拉伸，降低了压紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形，紧应力。垫片有足够回弹，补偿变形，预紧密封比压值不小于某一值预紧密封比压值不小于某一值( (工作工作密封比压密封比压) )，保持良好密封。反之，保持良好密封。反之，回弹不足，则此密封失效。回弹不足，则此

4、密封失效。密封元件在操作压力作用下，仍然保密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须持一定的残余压紧力。螺栓和法兰须有足够大的强度和刚度，不发生过大有足够大的强度和刚度，不发生过大的变形。的变形。二、法兰的分类二、法兰的分类（一）松式法兰（一）松式法兰法兰与容器或管道不连接，比整体法兰与容器或管道不连接，比整体式连接强度差式连接强度差活套法兰活套法兰 （a）螺纹法兰螺纹法兰 （b）搭接法兰搭接法兰 （c）（二）整体法兰（二）整体法兰平焊法兰，平焊法兰，制造容易，应用广制造容易，应用广泛，但刚性较差。泛，但刚性较差。 法兰附近筒壁的截面上，将产生附加的法兰附近筒壁的截面上，

5、将产生附加的弯曲应力。所以平焊法兰适用的压力范弯曲应力。所以平焊法兰适用的压力范围较低（围较低（PNPN4.0MPa壳体中的薄膜应力壳体中的薄膜应力,导致疲劳破坏或脆性裂口。导致疲劳破坏或脆性裂口。第三节 容器的开孔与补强1、开孔补强的设计原则、开孔补强的设计原则（1）等面积补强法的设计原则）等面积补强法的设计原则 开孔被削弱的有效面积（承受强度的开孔被削弱的有效面积（承受强度的面积）面积）可起补强作用的金属截面（补可起补强作用的金属截面（补强面积）。强面积）。 可恢复壳体的平均强度，但不能完全可恢复壳体的平均强度，但不能完全解决应力集中问题解决应力集中问题。 为使用最早的方法，适用范围广，且

6、简便。中国容器标准采用。一、开孔补强的设计原则与补强结一、开孔补强的设计原则与补强结构构 是一种极限设计方法，同时又考虑到是一种极限设计方法，同时又考虑到结构的安定性。其基本点是：开孔接结构的安定性。其基本点是：开孔接管处达到全域塑性时的极限应力应等管处达到全域塑性时的极限应力应等于无孔壳体的屈服应力；同时按弹性于无孔壳体的屈服应力；同时按弹性计算的最大应力计算的最大应力（2）塑性失效补强设计原则）塑性失效补强设计原则 如果将薄膜应力控制在许用应力如果将薄膜应力控制在许用应力 之下，那么应力集中区的最大应之下，那么应力集中区的最大应力集中系数可以允许达到力集中系数可以允许达到3.0。 这种方法

7、只允许采用整锻件补强这种方法只允许采用整锻件补强结构。结构。中国容器标准及专业标准采用因开孔是局部的，所以补强也可以是局部的在开孔附近安置一种补强元件。 局部补强结构有三种：局部补强结构有三种：（1）补强圈补强（贴板补强）补强圈补强（贴板补强）（2）加强管补强（接管、厚壁管补强）加强管补强（接管、厚壁管补强）（3）整锻件补强）整锻件补强2、补强结构、补强结构（1）补强圈补强（贴板补强）补强圈补强（贴板补强） a）平齐接管外补强，最常用；）平齐接管外补强，最常用； b）内伸接管外补强）内伸接管外补强-可降低应力集中可降低应力集中系数。系数。 c）内伸接管内外补强）内伸接管内外补强-单面补不能满单

8、面补不能满足要求时用。足要求时用。 大多数中低压化工容器均用此。大多数中低压化工容器均用此。补强圈尺寸、结构已有标准（补强圈尺寸、结构已有标准（JB/T4736-95）优点：结构简单、制造方便，使用）优点：结构简单、制造方便，使用经验丰富；缺点：与壳体为搭接焊缝，经验丰富；缺点：与壳体为搭接焊缝，抗疲劳性能差；与壳壁间形成一静止气抗疲劳性能差；与壳壁间形成一静止气隙，于传热不利，容易产生附加热应力。隙，于传热不利，容易产生附加热应力。（2）加强管补强）加强管补强 在开孔处焊一段加厚的接管，加厚部分位于最大在开孔处焊一段加厚的接管，加厚部分位于最大应力区域，比补强圈能更有效地降低应力集中系应力区

9、域，比补强圈能更有效地降低应力集中系数。数。 多用于低合金、高强度钢容器多用于低合金、高强度钢容器-对应力集中比碳对应力集中比碳钢敏感。钢敏感。 结构简单，焊缝少，焊接质量容易掌握；厚壁管结构简单，焊缝少，焊接质量容易掌握；厚壁管供应稍难。供应稍难。(3) 整锻件补强整锻件补强 补强金属更集中于应力最大部位，能最有补强金属更集中于应力最大部位，能最有效地降低应力集中系数；用对接焊，焊缝效地降低应力集中系数；用对接焊，焊缝及热影响区远离最大应力点，抗疲劳性好。及热影响区远离最大应力点，抗疲劳性好。 锻件供应困难，成本高，所以只用于重要锻件供应困难，成本高，所以只用于重要设备，如：高压容器、核能容

10、器设备，如：高压容器、核能容器1 1、开孔尺寸限制、开孔尺寸限制 （1）圆筒）圆筒（d开孔直径，为接管内开孔直径，为接管内径加径加2倍的壁厚附加量倍的壁厚附加量） （2）凸形封头与球壳：）凸形封头与球壳： （3）锥形封头：）锥形封头：二、适用的开孔范围（二、适用的开孔范围（GB150-1998GB150-1998）（1）椭圆、碟形封头 孔缘或补强元件边缘与封头边缘投影距离0.1Di。 （2）相邻孔缘投影距离 小孔直径（3）尽量避开焊缝2 2、开孔位置限制、开孔位置限制壳体、接管实际壁厚大于计算值，使局部得到了加强;焊接接头系数1但是孔不开在焊缝上等。满足下述条件可允许不另行补强： （1）设计压力p2.5Mpa （2）接管DN80（Do89）mm； （3）孔心距t2（ ） （曲面间以弧长计） （4）接管最小壁厚满足表12-12要求：三、允许不另行补强的条件三、允许不另行补强的条件第