压力容器设计-法兰与补强教程文件.ppt

四、密封装置设计螺栓法兰连接结构及密封设计高压密封结构螺栓法兰连接结构密封机理螺栓法兰连接的密封条件1、预紧工况-初始密封条件垫片比压力（y）-在预紧工况下，形成初始密封条件时垫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y，否则介质会发生泄漏2、操作工况-工作密封条件操作密封比压-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m倍的计算压力（mPC） 保证密封的条件预紧时，法兰密封面上的比压不低于预紧密封比压y工作时，法兰密封面上的比压不低于操作密封比压，即m倍的介质计算压力影响密封的因素螺栓预紧力法兰刚度压紧面形式和加工质量垫片性能操作条件 密封性设计（压紧面、垫片、螺栓） 法兰标准简介 法兰强度计算方法简介螺栓法兰连接设计压紧面形式平面形、O形、波形、齿形、八角形、椭圆形等非金属垫片 常用材料：石棉橡胶板、橡胶板、聚四氟乙烯、合成纤维、石墨等金属垫片常用材料：铜、铝、低碳钢、不锈钢、合金等组合式垫片包括：金属包垫片；缠绕式垫片；带骨架的非金属垫片等垫片形状垫片类型垫片垫片断面形式要有全面的观念，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，重视实践经验垫片选用表（表4-10） 垫片选择原则1、预紧工况Fa=DGbyDG-垫片计算直径b-垫片有效密封宽度螺栓载荷Wa=Fa2、操作工况FP=2DGbmPC螺栓载荷WP=F+FP=+2DGbmPC 螺栓载荷螺栓设计预紧工况：操作工况：取Am=maxAa，AP螺栓直径螺栓间距的限制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HB30以上对于t-20的螺栓，要求选用低合金钢，并进行夏比V形缺口低温冲击试验 螺栓材料法兰类型JB47004707-2000压力容器法兰GB91129125HG2059220635-1997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 两个体系间不能互相配用注意法兰强度计算方法简介应力分析模型法兰强度校核条件： 1、工作可靠，在正常压力和温度波动范围内均能保证密封。

2、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1、金属密封元件2、窄面或线接触密封3、自紧或半自紧密封高压密封的基本要求高压密封的基本特点高压密封结构特点：强制式密封采用窄面金属垫片主螺栓直径大适用范围：t200CDi1000mm平垫密封优点：螺纹套筒代替主螺栓，承载能力大，装拆方便预紧螺栓直径小缺点：螺纹套筒可能锈蚀而拆卸困难螺纹套筒可用主螺栓代替）适用范围：大直径、高压力卡扎里密封双锥密封g的大小锥环刚度锥环尺寸预紧力的大小 1、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3、压力和温度波动时也能保证良好密封适用范围：P=6.435MPat=0400CDi=4002000mm双锥密封双锥密封特点1、全自紧式密封，压力和温度的波动不会影响密封可靠性2、取消了主螺栓，使筒体端部尺寸减小零件多、结构复杂优点缺点伍德密封C形环密封O形环密封其它密封结构环形内腔可增加垫片弹性和自紧作用，补偿温度波动对密封的影响1、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3、松式法兰，管道所受附加力矩小特点高压管道密封1、改善密封接触表面2、改进垫片结构3、采用焊接密封元件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载荷计算双锥密封双锥密封1、预紧载荷分析（1）压紧垫片所需螺栓力代入几何关系：（2）消除径向间隙g所需螺栓力2、操作载荷分析（1）内压对平盖的轴向力（2）径向扩张力的轴向分力hh（3）回弹力的轴向分力h五、开孔和开孔补强设计强度削弱 不连续应力 局部应力 焊接缺陷和残余应力 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开孔最大直径的限制有效补强范围ntC1+2C2CtetBdi+2Ch1h2Cen（一）开孔削弱的面积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平盖（开孔直径平盖（开孔直径d0.5Dd0.5Di i时）时）（二）补强金属面积壳体接管焊缝补强圈面积补强圈厚度T接管方位接管方位椭圆形封头当开孔位于以封头中心为中心80%封头内直径的范围内时:在此范围以外开孔时，按椭圆封头壁厚式计算。

蝶形封头当开孔位于封头球面部分内时:在此范围以外开孔时，按碟形封头壁厚式计算。