《化工設備機械基礎》(第2版)董大勤編著課件《法蘭與支座》

1、第十二章第十二章 法蘭聯(lián)接法蘭聯(lián)接聯(lián)接件強度破壞很少見，多是密封不好而泄漏。聯(lián)接件強度破壞很少見，多是密封不好而泄漏。設計中要防止介質泄漏。設計中要防止介質泄漏。12.1壓力容器法蘭壓力容器法蘭n一、法蘭密封原理一、法蘭密封原理n1、組成、組成n2、密封原理、密封原理n1）、預緊工況）、預緊工況n初始密封條件：壓緊應力達到一定數(shù)值使初始密封條件：壓緊應力達到一定數(shù)值使墊片變形墊片變形，密封面上，密封面上微隙被填滿微隙被填滿，形成初始密封條件，形成初始密封條件n預緊密封比壓：形成初始密封條件時預緊密封比壓：形成初始密封條件時墊圈單位面積上的壓緊力墊圈單位面積上的壓緊力n密封比壓主要決定于墊片材質

2、密封比壓主要決定于墊片材質n墊片材質確定后，墊片越寬，為保證密封比壓，預緊力越大，墊片材質確定后，墊片越寬，為保證密封比壓，預緊力越大，螺栓和法蘭尺寸也越大螺栓和法蘭尺寸也越大n墊片不應過寬墊片不應過寬2）、操作工況）、操作工況n工作密封比壓工作密封比壓: :內壓軸向力拉伸，內壓軸向力拉伸，降低了壓緊應力降低了壓緊應力，墊片有足夠回，墊片有足夠回彈，補償變形，當墊圈上的比壓彈，補償變形，當墊圈上的比壓下降到某一臨界值時，下降到某一臨界值時，回彈不足回彈不足，介質發(fā)生泄漏，這一臨界值稱為介質發(fā)生泄漏，這一臨界值稱為工作密封比壓。工作密封比壓。n3)、法蘭密封條件、法蘭密封條件q預緊時：墊圈單位面

3、積上的壓緊力不小于預緊密封比壓預緊時：墊圈單位面積上的壓緊力不小于預緊密封比壓q工作時：墊圈單位面積上的壓緊力高于工作密封比壓工作時：墊圈單位面積上的壓緊力高于工作密封比壓n3、法蘭的失效形式：界面泄漏和滲透泄漏、法蘭的失效形式：界面泄漏和滲透泄漏二、法蘭結構與分類二、法蘭結構與分類n1、按接觸面形式分按接觸面形式分q窄面法蘭窄面法蘭q寬面法蘭寬面法蘭n2、按整體性程度分、按整體性程度分q松式法蘭松式法蘭q整體法蘭整體法蘭q任意式法蘭任意式法蘭整體法蘭松式法蘭n三、影響密封的主要因素三、影響密封的主要因素n1、法蘭密封面型式、法蘭密封面型式n2、螺栓預緊力、螺栓預緊力n3、墊片、墊片n4 、法

4、蘭剛度、法蘭剛度n5、操作條件、操作條件平面型平面型凹凸面形凹凸面形榫槽面型榫槽面型n結構簡單，加工方便，結構簡單，加工方便，便于進行防腐襯里。便于進行防腐襯里。n接觸面積大，預緊時墊接觸面積大，預緊時墊片容易往兩邊擠，不易壓片容易往兩邊擠，不易壓緊。緊。n防止墊片防止墊片被擠出，被擠出，n適用于壓適用于壓力較高。力較高。n槽中墊片不被擠動。槽中墊片不被擠動。n螺栓力較小。獲得良好的密封效果。螺栓力較小。獲得良好的密封效果。n結構較復雜，更換墊片較困難。結構較復雜，更換墊片較困難。n榫面容易損壞，榫面容易損壞，n適于易燃、易爆、有毒介質及較高壓適于易燃、易爆、有毒介質及較高壓力。力。n壓力不大

5、時，即使直徑較大，也能很壓力不大時，即使直徑較大，也能很好密封。好密封。錐形密封面梯形槽密封面錐形密封面梯形槽密封面密封面型式選擇，主要考慮壓力、溫度、介質密封面型式選擇，主要考慮壓力、溫度、介質n法蘭的翹曲變形法蘭的翹曲變形增加法蘭厚度可增加其強度增加法蘭厚度可增加其強度增加與法蘭連接處的器壁厚度可增加其剛度增加與法蘭連接處的器壁厚度可增加其剛度盡可能減小螺栓孔中心圓直徑盡可能減小螺栓孔中心圓直徑墊片墊片n墊片是法蘭密封的基礎墊片是法蘭密封的基礎n墊片墊片適當變形和回彈能力適當變形和回彈能力是形成密封的必要條件。是形成密封的必要條件。n墊片分類：墊片分類：非金屬非金屬、非金屬與金屬、非金屬與

6、金屬混合混合制的墊片、制的墊片、金屬金屬n墊片材料的選擇：墊片材料的選擇：根據(jù)根據(jù)溫度、壓力溫度、壓力以及以及介質介質腐蝕決定，同時腐蝕決定，同時考慮密封面形式、螺栓力的大小以及裝卸要求等?？紤]密封面形式、螺栓力的大小以及裝卸要求等。非金屬墊片：非金屬墊片：材料：材料：橡膠石棉板、橡膠石棉板、聚四氟乙烯聚四氟乙烯等。等。特點：柔軟，但耐溫度和壓力性能較金屬墊片差特點：柔軟，但耐溫度和壓力性能較金屬墊片差適用：只適用于常、中溫和中、低壓設備和管道適用：只適用于常、中溫和中、低壓設備和管道金屬墊片：金屬墊片：材料：要求軟韌，一般不要求強度高，材料：要求軟韌，一般不要求強度高，常用軟鋁、紫銅、鐵常用

7、軟鋁、紫銅、鐵( (軟鋼軟鋼) )、蒙耐爾合金、蒙耐爾合金 （含（含Ni67Ni67，Cu30Cu30，Cr4Cr45 5) )鋼等鋼等適用：主要用于中、高溫和中、高壓法蘭密封適用：主要用于中、高溫和中、高壓法蘭密封金屬與非金屬混合制墊片：金屬與非金屬混合制墊片：n用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、用薄金屬板（鍍鋅薄鋼板、0Cr18Ni90Cr18Ni9等）將非金屬包起來；等）將非金屬包起來；n薄低碳鋼帶薄低碳鋼帶( (或合金鋼帶或合金鋼帶) )與石棉與石棉帶一起繞制而成。帶一起繞制而成。金屬包墊片金屬包墊片纏繞墊片纏繞墊片四、容器法蘭標準四、容器法蘭標準n1、類型與結構、類型與結構q甲型平焊法蘭（甲型

8、平焊法蘭（JB5701-92)q乙型平焊法蘭（乙型平焊法蘭（JB5702-92)q長頸對焊法蘭（長頸對焊法蘭（JB5703-92)帶襯環(huán)帶襯環(huán)厚度更大的頸，剛性大。厚度更大的頸，剛性大。更高壓力范圍更高壓力范圍(0.6MPa(0.6MPa6.4MPa)6.4MPa)更高直徑范圍更高直徑范圍(300mm(300mm2000mm)2000mm)，適用溫度范圍為適用溫度范圍為-20-20450450。v平焊與對焊法蘭都有帶平焊與對焊法蘭都有帶襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩襯環(huán)的與不帶襯環(huán)的兩種。種。當設備是由不銹鋼制作時，當設備是由不銹鋼制作時，采用碳鋼法蘭加不銹鋼采用碳鋼法蘭加不銹鋼襯環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼。襯

9、環(huán)，可以節(jié)省不銹鋼。2 2、尺寸系列、尺寸系列兩個基本參數(shù)兩個基本參數(shù)按公稱壓力分為七個等級按公稱壓力分為七個等級0.25、0.60、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4公稱直徑公稱直徑公稱壓力公稱壓力公稱直徑與公稱壓力公稱直徑與公稱壓力n由法蘭標準確定法蘭尺寸的依據(jù)由法蘭標準確定法蘭尺寸的依據(jù)n只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法只要法蘭的公稱直徑、公稱壓力確定了，法蘭的尺寸也就確定了。蘭的尺寸也就確定了。n壓力容器法蘭公稱直徑同壓力容器壓力容器法蘭公稱直徑同壓力容器q例如例如DN 1000mmDN 1000mm的壓力容器，應當配用的壓力容器，應當配用DN 1000mmDN 1000mm

10、的壓力容器法蘭。的壓力容器法蘭。 法蘭公稱壓力：法蘭公稱壓力：n與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關n定義：以定義：以16MnR16MnR在在200200時的機械性能為時的機械性能為基準確定法蘭尺寸，在基準確定法蘭尺寸，在200200時，它的最時，它的最大允許操作壓力就認為是具有該尺寸法蘭大允許操作壓力就認為是具有該尺寸法蘭的公稱壓力。的公稱壓力。n公稱壓力公稱壓力PN PN 0.6MPa0.6MPa法蘭，用法蘭，用16MnR16MnR制造的，制造的，在在200200時，最大允許操作壓力時，最大允許操作壓力0.6MPa0.6MPa。n高于高于200200的最

11、大操作壓力將低于它的公稱的最大操作壓力將低于它的公稱壓力壓力0.6MPa0.6MPa。n低于低于200200仍按仍按200200確定其最高工作壓力。確定其最高工作壓力。n材料改為材料改為Q235-AQ235-A，機械性能機械性能比比16MnR16MnR差差，公稱壓力，公稱壓力PN0.6MPaPN0.6MPa的法蘭，的法蘭，200200操作，操作，n最大允許操作壓力低于公稱壓力。最大允許操作壓力低于公稱壓力。n材料由材料由16MnR16MnR改為改為15MnVR15MnVR，機械性能優(yōu)于機械性能優(yōu)于16MnR16MnR，公公稱壓力稱壓力PN0.6MPaPN0.6MPa的法蘭，在的法蘭，在2002

12、00操作時，操作時，n最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。最大允許操作壓力將高于它的公稱壓力。3 3、標準中法蘭尺寸的確定、標準中法蘭尺寸的確定4 4、最大允許工作壓力、最大允許工作壓力5 5、容器法蘭的確定、容器法蘭的確定材料材料溫度溫度法蘭形式法蘭形式墊片墊片16MnR200公稱壓力的確定：公稱壓力的確定：選配法蘭按照設計壓力小于最大允許工作壓力確定公稱壓力選配法蘭按照設計壓力小于最大允許工作壓力確定公稱壓力為操作溫度為操作溫度300300，設計壓力，設計壓力0.6MPa0.6MPa的容器選配法蘭（確定公稱壓力）。的容器選配法蘭（確定公稱壓力）。材料材料15MnVR15MnVR按公稱壓力按

13、公稱壓力0.6MPa0.6MPa查取。查取。材料材料20R20R按公稱壓力按公稱壓力1.0MPa1.0MPa查取尺寸。查取尺寸。7、法蘭標記n法蘭法蘭C-T 800-1.6 JB/T4702 -2000n公稱壓力公稱壓力1.6MPa，公稱直徑，公稱直徑800mm的的襯環(huán)榫槽密封面乙型平焊法蘭的榫面法襯環(huán)榫槽密封面乙型平焊法蘭的榫面法蘭蘭選配法蘭步驟n1、根據(jù)公稱直徑和設計壓力，先初選法蘭結構類型、根據(jù)公稱直徑和設計壓力，先初選法蘭結構類型n2、根據(jù)設計壓力、設計溫度、法蘭材料，確定法蘭、根據(jù)設計壓力、設計溫度、法蘭材料，確定法蘭公稱壓力公稱壓力n3、根據(jù)公稱工程直徑和公稱壓力，驗證法蘭類型、根

14、據(jù)公稱工程直徑和公稱壓力，驗證法蘭類型n4、根據(jù)法蘭的公稱直徑和公稱壓力，然后查標準確、根據(jù)法蘭的公稱直徑和公稱壓力，然后查標準確定法蘭尺寸定法蘭尺寸n5、根據(jù)法蘭型式、材料、設計溫度等選配螺栓、螺、根據(jù)法蘭型式、材料、設計溫度等選配螺栓、螺母及墊片。母及墊片。選配法蘭步驟n公稱直徑公稱直徑n設計壓力設計壓力n初選法蘭結構類型初選法蘭結構類型n設計壓力設計壓力n設計溫度設計溫度n法蘭材料法蘭材料確定法蘭公稱壓力確定法蘭公稱壓力最大允許工作壓力最大允許工作壓力n公稱直徑公稱直徑n公稱壓力公稱壓力n驗證法蘭類型驗證法蘭類型n公稱直徑公稱直徑n公稱壓力公稱壓力n查標準確定法蘭尺寸查標準確定法蘭尺寸n

15、法蘭型式法蘭型式n材料材料n設計溫度設計溫度選配螺栓、螺母及墊片選配螺栓、螺母及墊片12345例：塔身與封頭的法蘭。塔內徑例：塔身與封頭的法蘭。塔內徑1000mm1000mm，操操作溫度作溫度280280，設計壓力，設計壓力0.2MPa0.2MPa。Q235-AQ235-A。 n壓力不高，直徑不大，根據(jù)操作溫度、設計壓力、初壓力不高，直徑不大，根據(jù)操作溫度、設計壓力、初選甲型平焊法蘭，平面密封面；選甲型平焊法蘭，平面密封面；n根據(jù)操作溫度、設計壓力、所用材料，確定公稱壓力根據(jù)操作溫度、設計壓力、所用材料，確定公稱壓力為為0.6MPa0.6MPa；n驗證法蘭類型；驗證法蘭類型；n查表得法蘭的各部

16、尺寸，聯(lián)接螺栓查表得法蘭的各部尺寸，聯(lián)接螺栓M20M20，共，共3636個；個；n查表確定螺栓、螺母及墊片；查表確定螺栓、螺母及墊片；n用甲型平焊法蘭、平面密封面，墊片用石棉橡膠板用甲型平焊法蘭、平面密封面，墊片用石棉橡膠板聯(lián)接螺栓聯(lián)接螺栓M20M20，共，共3636，材料，材料Q235-AQ235-A13.213.2管法蘭標準管法蘭標準v同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，同樣公稱直徑的容器法蘭和管法蘭的尺寸不相同，不能互相代用。不能互相代用。v管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、管法蘭的型式除平焊、對焊法蘭外，還有鑄鋼法蘭、鑄鐵法蘭、活套法蘭、螺紋法蘭等。鑄鐵法蘭、活套法

17、蘭、螺紋法蘭等。v管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。管法蘭標準查選方法、步驟與壓力容器法蘭同。 思考題：思考題：n1.法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因法蘭墊片密封的原理是什么？影響密封的因素有哪些？素有哪些？n2.法蘭的型式有哪些？各有什么特點？法蘭的型式有哪些？各有什么特點？n3.法蘭密封面型式有哪些？各適用什么場合？法蘭密封面型式有哪些？各適用什么場合？n4.常用的墊片材料有哪些？常用的墊片材料有哪些？n5.標準中法蘭尺寸確定的依據(jù)標準中法蘭尺寸確定的依據(jù)?n確定法蘭尺寸的兩個參數(shù)是確定法蘭尺寸的兩個參數(shù)是?第十四章 容器支座n一、臥式容器支座一、臥式容器支座n1 1、分類、

18、分類q鞍座、圈座、支腿鞍座、圈座、支腿q鞍座鞍座q圈座圈座q支腿支腿2 2、鞍座結構及選用、鞍座結構及選用n輕型（輕型（A A型）和重型（型）和重型（B B型）（型）（BI-BI-BVBV）n帶墊板和不帶墊板帶墊板和不帶墊板nF F型和型和S S型型n焊制和彎制焊制和彎制n包角包角120120和和150 150 帶墊板帶墊板n有效厚度小于等于有效厚度小于等于3mm3mmn容器有熱處理要求容器有熱處理要求n容器與鞍座溫差大于容器與鞍座溫差大于200 200 n容器材質為不銹鋼容器材質為不銹鋼每種型式鞍座又分為固定式支座（每種型式鞍座又分為固定式支座（F)F)和滑動式支座（和滑動式支座（S) S)

19、 F F型：底板上開型：底板上開圓形圓形螺栓孔螺栓孔S S型：底座開型：底座開長圓形長圓形螺栓孔；螺栓孔；防止熱脹等原因對設備造成附加應力防止熱脹等原因對設備造成附加應力n焊制焊制腹板和底板腹板和底板焊接在一起焊接在一起n彎制彎制腹板和底板腹板和底板為一體為一體n鞍座包角鞍座包角120120或或150150，安放穩(wěn)定，安放穩(wěn)定，分散應力。分散應力。n鞍式支座鞍式支座標準標準JB/T4712-92 JB/T4712-92 n根據(jù)容器公稱直徑和重量選用根據(jù)容器公稱直徑和重量選用n基本尺寸：高度、寬度基本尺寸：高度、寬度b b、包角和腹包角和腹板厚度板厚度選用原則n實際承受的最大載荷必須小于鞍座實際

20、承受的最大載荷必須小于鞍座得允許載荷即：得允許載荷即：QmaxQmaxQQnQmaxQmax：實際操作，水壓試驗：實際操作，水壓試驗nQQ：標準高度（標準高度（200200），隨高度），隨高度升高而降低升高而降低nF F型和型和S S型搭配使用型搭配使用鞍座與筒體端部距離鞍座與筒體端部距離A A確定（雙鞍座）：確定（雙鞍座）： 當當L/DL/D較大，且無加強圈，應盡量利用封頭對支較大，且無加強圈，應盡量利用封頭對支座處筒體的加強作用，取座處筒體的加強作用，取A0.25DA0.25D；當筒體的當筒體的L/DL/D較小，較小， L/DL/D或有加強圈時，取或有加強圈時，取A0.2LA0.2L。3

21、3 圈座圈座 采用圈座的情況：采用圈座的情況：對于大直徑薄壁容器和真空容器，因對于大直徑薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成嚴重撓曲；其自身重量可能造成嚴重撓曲；多于兩個支承的長容器。多于兩個支承的長容器。除常溫常壓下操作的容器外，至少應除常溫常壓下操作的容器外，至少應有一個圈座是滑動支承的。有一個圈座是滑動支承的。 4 4 腿式支座腿式支座 n簡稱支腿簡稱支腿n連接處造成嚴重的局部應力，只連接處造成嚴重的局部應力，只適用于小型設備（適用于小型設備（DN1600DN1600、L5mL5m）。）。n腿式支座的結構型式、系列參數(shù)腿式支座的結構型式、系列參數(shù)等參見標準等參見標準JB/T 4714

22、-92 JB/T 4714-92 腿式腿式支座支座。 n二、立式容器支座二、立式容器支座n1 1、分類、分類q耳式、支承式、裙座、支腿耳式、支承式、裙座、支腿n2 2、耳式支座、耳式支座n兩類兩類:A:A型（短臂）和型（短臂）和B B型（長臂）型（長臂）n每類又分為帶墊板與每類又分為帶墊板與不帶墊板兩種結構不帶墊板兩種結構 q設備較大或器壁較薄設備較大或器壁較薄 q不銹鋼制設備，合金元素的流失不銹鋼制設備，合金元素的流失n標準耳式支座的材料為標準耳式支座的材料為Q235-A.FQ235-A.F 耳式支座選用的方法：耳式支座選用的方法：（1 1）估算設備總重，算每個支座（按）估算設備總重，算每個支座（按2 2個計算）的負荷個計算）的負荷QQ值；值；（2 2）確定支座型式，從表按允許負荷）確定支座型式，從表按允許負荷QQ允允大于實際負荷大于實際負荷QQ，選