法蘭基本知識課件

法蘭基本知識2法蘭2、法蘭分類1、螺栓法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)由法蘭盤、螺栓、螺母、墊片組成

可拆的密封結(jié)構(gòu)較好強(qiáng)度、密封性、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、可多次重復(fù)拆卸

按連接部位分：管法蘭（管道連接）容器法蘭（用于殼體、封頭的連接）

按法蘭接觸面的寬窄分：窄面法蘭（墊片接觸面位于螺栓孔包圍的圓周范圍內(nèi)）寬面法蘭（墊片接觸面位于法蘭螺栓中心圓的內(nèi)外兩側(cè)）適用于厚度較薄或鑄鐵等脆性材料的法蘭，并只適用于低壓或墊片較軟的場合

32、法蘭分類---按整體性程度來分類松式法蘭-法蘭不直接固定在殼體上或者雖固定而不能保證法蘭與殼體作為—個整體承受螺栓載荷。（a）、（b）、（c）松式法蘭；（d）、（e）、（f）整體法蘭；（g）、（h）、（i）任意法蘭（不保證全焊透的平焊法蘭）。圖1法蘭形式活套法蘭螺紋法蘭搭接法蘭整體法蘭--

將法蘭與殼體鍛或鑄成—體或經(jīng)全焊透法蘭。結(jié)構(gòu)能保證殼體與法蘭同時受力，使法蘭厚度可適當(dāng)減薄，但會在殼體上產(chǎn)生較大附加應(yīng)力。帶頸法蘭可以提高法蘭與殼體的連接剛度任意式法蘭-從結(jié)構(gòu)來看，這種法蘭與殼體連成一體，剛性比整體法蘭差4法蘭標(biāo)準(zhǔn)2、《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》（HG20592～20635），容器法蘭采用《壓力容器法蘭》(JB4700～4707)。法蘭的公稱壓力是按容器或管道所受的壓力分為若干標(biāo)準(zhǔn)等級而設(shè)定的。每個公稱壓力等級表示一定材料和工作溫度的法蘭的最高工作壓力。如容器法蘭的公稱壓力等級是以16MnR為容器法蘭材料在200℃時的最高工作壓力為依據(jù)制訂的，因此當(dāng)法蘭材料和工作溫度不同時，最大工作壓力將降低或升高。管法蘭公稱直徑是管子的名義直徑，是接近管子內(nèi)、外徑的某一整數(shù)。例如DNl00無縫鋼管的外徑為108mm，而內(nèi)徑視管壁厚度不同。容器法蘭的公稱直徑與容器內(nèi)徑取值相同。增加互換性、降低成本標(biāo)準(zhǔn)法蘭系根據(jù)不同公稱直徑（DN）和公稱壓力（PN）選擇。5甲型、乙型法蘭適用材料及最大允許工作壓力公稱壓力PNMPa法蘭材料工作溫度，℃?zhèn)渥ⅰ?0～2002503003501.00板材Q235-A、B0.660.610.550.50工作溫度下限0℃Q235-C0.730.670.610.55工作溫度下限0℃20R0.740.67O.600.5616MnR1.00O.95O.860.82鍛件200.740.670.600.5616Mn1.020.980.880.8320MnMo1.091.071.051.00用于350℃，它的最大允許工作壓力降為0.82Mpa；PN1.0的甲型、乙型平焊法蘭若改用20號鋼，則在20～200℃時的最大允許工作壓力為0.74MPa，如溫度升為350℃，最大允許工作壓力降低為0.56MPa。

法蘭材料為16MnR時，在20～200℃時的最大允許工作壓力為1.00MPa

62、選擇并確定容器法蘭的公稱壓力等級（1）選用的容器法蘭公稱壓力等級在相應(yīng)法蘭材料和相應(yīng)工作溫度下的最大允許工作壓力必須大于等于最大工作壓力；（2）真空系統(tǒng)的容器法蘭的公稱壓力等級一般不應(yīng)小于0.6MPa；（3）當(dāng)操作介質(zhì)為易燃、易爆或有毒時應(yīng)盡可能采用高一個等級的法蘭。（4）管法蘭與容器法蘭兩類法蘭標(biāo)淮的連接尺寸是不同的，因此一對法蘭必須選用同一標(biāo)準(zhǔn)，選用時不能混淆。7法蘭聯(lián)結(jié)的泄漏方式2、從壓緊面的界面泄漏

密封失效的主要途徑1、從墊圈滲透泄漏通過墊片材料本體毛細(xì)管的滲透泄漏,主要與墊片的結(jié)構(gòu)、材料有關(guān)

沿墊片與壓緊面之間的泄漏，泄漏量大小與界面間隙尺寸有關(guān)。加工時，壓緊面上凹凸不平及壓緊面不足是造成界面泄漏的直接原因。壓緊面8影響法蘭聯(lián)結(jié)密封因素2、壓緊面的作用1、墊片性能

適宜的墊片變形和回彈能力是形成密封的必要條件。墊片的變形和回彈性能與墊片材料、形狀、結(jié)構(gòu)、螺栓預(yù)緊力、壓緊面提供的表面約束、操作條件(壓力、溫度、介質(zhì))等有關(guān)。

壓緊面又稱密封面，直接與墊片接觸，是傳遞螺栓力使墊片變形的表面約束。為了達(dá)到預(yù)期密封效果，壓緊面的型式和表面粗糙度應(yīng)與選用的墊片相適應(yīng)壓緊面3、螺栓預(yù)緊力預(yù)緊力必須使聯(lián)接處實現(xiàn)初始密封條件，并保證墊片不被壓壞或擠出95、操作條件的影響4、法蘭剛度

法蘭剛度不足，會引起軸向翹曲變形，特別是當(dāng)螺栓數(shù)目較少時，螺栓間的法蘭密封面會因剛度不足產(chǎn)生波浪形變形，使密封失效

操作條件是指聯(lián)接系統(tǒng)的壓力、溫度及介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)。單純的壓力或介質(zhì)因素對密封的影響并不是苛刻的，只有在與溫度聯(lián)合作用時，尤其是在波動的高溫作用下，將會嚴(yán)重影響密封性能。壓緊面10法蘭壓緊面的型式與選擇凹凸型密封面平面型密封面

壓緊面與墊片接觸面積較大，預(yù)緊時，墊片容易被擠到壓緊面兩側(cè)，不易壓緊，故所需壓緊力較大，密封性能較差。一般適用于壓力不高．介質(zhì)無毒、非易燃易爆場合。平面型壓緊面一般與平墊片或纏繞式墊片配合使用

便于對中，能防止軟質(zhì)墊片被擠出，而且壓緊面比平面型密封面窄，較易密封。適用于公稱直徑Di≤800mm、公稱壓力PN≤1.6～6.4MPa的法蘭聯(lián)接。榫槽型密封面

易獲得良好密封效果。而且，可以少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕，安裝時又便于對中而使墊片受力均勻。結(jié)構(gòu)與制造都比較復(fù)雜，更換墊片也較費事。凸面部分容易碰壞，拆裝時要十分小心。11法蘭聯(lián)結(jié)的密封設(shè)計壓緊面形式主要應(yīng)根據(jù)工藝條件、密封口徑以及準(zhǔn)備采用的墊片等進(jìn)行選擇。壓緊面的幾何尺寸和表面加工的質(zhì)量要求，必須與相應(yīng)的墊片相配合甲型法蘭與石棉橡膠板、耐油石棉橡膠板的配合壓緊面12墊片材料及類型

增加了回彈性，提高了耐蝕性、耐熱性和密封性能，適用于較高壓力和溫度的場合。常用的組合墊片有金屬包墊片、金屬纏繞墊片和帶骨架的非金屬墊片。2、金屬墊片3、組合墊片1、非金屬墊片橡膠墊、石棉橡膠墊、聚四氟乙烯墊和膨脹(或柔性)石墨墊柔軟，耐腐蝕，價格便宜，但耐溫度和壓力的性能較差；多用于常溫、中溫和中、低壓容器或管道的法蘭密封金屬墊片具有耐高溫、耐高壓、耐油、耐腐蝕等優(yōu)點。當(dāng)壓力（p≥6.4MPa）、溫度（t≥350℃）較高時，都采用金屬墊片或墊圈。金屬墊片材料一般并不要求強(qiáng)度高，而是要求韌性好。常用的金屬墊材料有軟鋁、鋼、純鐵、軟鋼（08、l0號鋼）、鉻鋼（0Crl3）和不銹鋼(0Crl8Ni9、00Crl7Nil4Mo2）13墊片的選擇1、非金屬墊片

墊片選擇應(yīng)根據(jù)溫度、壓力、介質(zhì)的腐蝕性來確定，同時應(yīng)考慮兼顧價格低廉，制造容易，安裝更換方便等條件。對于結(jié)構(gòu)不十分致密的非金屬墊片在較高密封壓力時，如果壓緊面表面質(zhì)量較好，也宜用較薄墊片。在達(dá)到要求的密封壓力的場合，在墊片不致被壓潰的前提下，宜選用較窄墊片。介質(zhì)法蘭公稱壓力MP工作溫度℃密封面墊片形式材料氨2.5≤150凹凸橡膠墊中壓橡膠石棉板壓縮空氣1.6≤150突橡膠墊中壓橡膠石棉板蒸汽0.3MPa1.0≤200突橡膠墊中壓橡膠石棉板1.0MPa1.6≤280突纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊0Cr13鋼帶-石棉板、石墨-0Cr13等骨架2.5MPa4.0300纏繞墊、柔性石墨墊、紫銅墊0Cr13鋼帶-石棉板、石墨-0Cr13等骨架、紫銅板3.5MPa6.4400凹凸紫銅墊紫銅板10.0450環(huán)連接面金屬環(huán)墊0Cr13、0Cr18Ni914螺栓設(shè)計保證法蘭連接緊密不漏的兩個條件預(yù)緊時，使預(yù)緊面與墊片之間建立起不低于y值的比壓力工作時，螺栓力能夠抵抗內(nèi)壓的作用，并且在墊片表面維持高于值的比壓力15預(yù)緊密封比壓力yMPa為達(dá)到初始密封面必須在墊片上施加的壓應(yīng)力。工作密封比壓力

為保證工作時緊密而不漏而必須施加（殘余）在墊片上的壓應(yīng)力。墊片系數(shù)m

在操作時，為保證法蘭壓緊面緊密不漏，墊片上所必須維持的工作密封比壓力與介質(zhì)壓力p的比值

物理意義：表示墊片在操作狀態(tài)下，實現(xiàn)密封的難易程度。M值小，表示操作所需要的壓緊力也小。M只與墊片的材料和幾何形狀有關(guān)。墊片材料墊片系數(shù)m比壓力yMPa簡圖壓緊面形狀(見表4-9)類別(見表4-9)無織物或少含量石棉纖維的合成橡膠，肖氏硬度低于75肖氏硬度大于等于750.501.0001.41（a、b、c、d）4、5Ⅱ具有適當(dāng)加固物的石棉（石棉橡膠板）厚度為3mm2.00111.5mm2.7525.50.75mm3.5044.816螺栓載荷計算①在預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷—預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷，N；

—墊片壓緊力作用中心圓直徑，mm；

—墊片的有效密封寬度，mm；

—墊片的比壓力，MPa，由表3-12查得

當(dāng)b0≤6.4mm時，b=b0；當(dāng)b0＞6.4mm時，

當(dāng)b0≤6.4mm時，＝墊片接觸面的平均直徑

當(dāng)b0＞6.4mm時，＝墊片接觸面外徑－2b

密封面基本寬度17②在操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷抵抗內(nèi)壓產(chǎn)生的軸向使法蘭連接分開的載荷

維持密封墊片表面必需的壓緊載荷之和

由于m是實驗測定的，測試時，墊片面積只取其中一面故計算時m需乘以2。取2倍墊片有效接觸面積上的壓緊載荷等于操作壓力m倍，18螺栓尺寸與數(shù)目確定螺栓截面尺寸時應(yīng)分別求出兩種工況下螺栓的總面積，擇其大者為所需螺栓總截面積，從而確定實際選用螺栓直徑與個數(shù)。

在選定螺栓數(shù)目n后，即可按式（3-76）得到螺栓根徑

確定螺栓數(shù)目n時，螺栓數(shù)目一般為偶數(shù)，且最好為4的倍數(shù)不僅要考慮法蘭連接的密封性，還要考慮安裝的方便。螺栓數(shù)多了，墊片受力均勻，密封性好,但螺栓數(shù)目太多，螺栓間距就小，可能放不下扳手，同時螺栓直徑相應(yīng)減小，小直徑螺栓擰緊時容易折斷,所以一般≥12mm。19螺栓材料對螺栓材料的一般要求是強(qiáng)度高，韌性好，耐介質(zhì)腐蝕。但螺栓強(qiáng)度強(qiáng)，螺栓直徑就小，導(dǎo)致螺栓過分伸長和松弛為避免螺栓與螺母咬死，螺母的硬度—般比螺栓的硬度低HB30，這可通過選用不同強(qiáng)度級別的材料或采用不同熱處理來實現(xiàn)20法蘭的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)法蘭按相關(guān)法蘭標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。

非標(biāo)準(zhǔn)法蘭設(shè)計時，采用試算法。一般以直徑和壓力等級相近的標(biāo)準(zhǔn)法蘭尺寸為基礎(chǔ)，擬定非標(biāo)準(zhǔn)法蘭的結(jié)構(gòu)和尺寸。最后做強(qiáng)度校核。法蘭強(qiáng)度計算的華特斯（Waters）法是彈性理論分析為基礎(chǔ)21華特斯（Waters）法圓筒體

錐頸法蘭環(huán)螺栓載荷W軸向力P1軸向力P2墊片反力P3當(dāng)量力偶W1不連續(xù)處剪力和彎矩內(nèi)壓在各構(gòu)件中引起的縱向薄膜應(yīng)力和邊緣應(yīng)力)遠(yuǎn)小于螺栓緊固力(用上述力偶替換）產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力故可忽略不計。此外也不計及螺栓孔的影響。兩個假設(shè)22圓筒體

錐頸法蘭環(huán)剪力和彎矩在力學(xué)分析上把圓筒體視作一端受邊緣力和力矩的半無限長圓柱薄殼，將錐頸作為兩端分別受邊緣力和力矩作用的線性變厚度圓柱殼，而法蘭環(huán)則視為環(huán)形薄板受力矩彎曲作用。然后與解不連續(xù)應(yīng)力的方法相同，由各連接處內(nèi)力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件，求出各邊緣力和邊緣力矩，最終求出各部分上的應(yīng)力。確定校核法蘭強(qiáng)度的三個主要應(yīng)力為法蘭環(huán)內(nèi)圓柱面上與錐頸連接處的最大徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力，以及錐頸兩端外表面的軸向彎曲應(yīng)力，視頸部斜度或大端、小端而定，當(dāng)斜度較大時，出現(xiàn)在小端，反之位于大端23法蘭設(shè)計方法（1）法蘭力矩的計算

作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力

流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力之差

窄面法蘭墊片壓緊力,包括、、（預(yù)緊）三種情況24法蘭設(shè)計方法（1）法蘭力矩的計算預(yù)緊時，因Pc=0,總力矩為

操作時，總力矩為

，按式（3-85）確定。對于整體法蘭或按整體法蘭計算的任意式法蘭法蘭設(shè)計力矩取下述兩者中較大值25法蘭設(shè)計方法法蘭應(yīng)力的計算錐頸上與法蘭連接處的軸向彎曲應(yīng)力法蘭環(huán)上的徑向應(yīng)力

，法蘭環(huán)上的切向應(yīng)力f―整體法蘭頸部應(yīng)力校正系數(shù)

和

查表

ｆ

26法蘭應(yīng)力的計算法蘭的最大軸向應(yīng)力位于錐頸的大端或小端，一方面它是沿截面線性分布的純彎曲應(yīng)力，另一方面具有局部的性質(zhì)，小量屈服不會對法蘭環(huán)密封部位的變形產(chǎn)生較大影響而導(dǎo)致泄漏，所以采用極限載荷設(shè)計法，取1.5倍材料許用應(yīng)力作為它的最大允許應(yīng)力

，法蘭的最大徑向應(yīng)力位于環(huán)板內(nèi)邊緣與錐頸的連接處，為彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力

法蘭的最大環(huán)向應(yīng)力位于環(huán)板內(nèi)邊緣靠密封面處，亦為彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力但如果允許頸部有較高的應(yīng)力（超過材料屈服極限），則頸部的載荷因應(yīng)力重新分配會傳遞到法蘭環(huán)，而導(dǎo)致法蘭環(huán)材料部分屈服，故對錐頸和法蘭環(huán)的應(yīng)力平均值也須加以限制。例如若達(dá)到1.5倍許用應(yīng)力，或只允許0.5倍許用應(yīng)力27例題

，

28例題

，

29例題

，

30例題

，

31例題

，

32例題

，

33例題

，

1、法蘭按其整體性程度，分為松式法蘭、整體法蘭、任意式法蘭三種型式。2、法蘭計算中，實際使用的螺栓總截面積，以螺紋小徑計算或以無螺紋部分的最小徑計算，取最小值。3、操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力與墊片的（a）有關(guān)。難

a)m;b)y4、密封面標(biāo)記RF的含義是（c）易

a)全平面;b)凸面;c)實面;d)凹面5．“WN”表示（b）類型的法蘭。易

a)帶頸下焊法蘭;b)帶頸對焊法蘭;c)整體法蘭;d)承插焊法蘭6．墊片愈硬，比壓力y越（a）易

a)大;b)小7．當(dāng)螺栓材料為35CrMoA時，螺母材料可選擇（b,c,d