《化工设备机械基础》(第2版)董大勤编着课件《法兰与支座》.ppt

1、第十二章第十二章 法兰联接法兰联接(lin ji)第一页，共68页。联接件强度联接件强度(qingd)破坏很少见，多是密封不好而泄破坏很少见，多是密封不好而泄漏。漏。设计中要防止介质泄漏。设计中要防止介质泄漏。第二页，共68页。第三页，共68页。第四页，共68页。压力容器法兰压力容器法兰n一、法兰密封一、法兰密封(mfng)原理原理n1、组成、组成第五页，共68页。n2、密封原理、密封原理n1）、预紧工况）、预紧工况n初始初始(ch sh)密封条件：压紧应力达到一定数值密封条件：压紧应力达到一定数值使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始使垫片变形，密封面上微隙被填满，形成初始(ch sh)密

2、封条件密封条件n预紧密封比压：形成初始预紧密封比压：形成初始(ch sh)密封条件时垫密封条件时垫圈单位面积上的压紧力圈单位面积上的压紧力n密封比压主要决定于垫片材质密封比压主要决定于垫片材质n垫片材质确定后，垫片越宽，为保证密封比压，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预紧力越大，螺栓和法兰尺寸也越大n垫片不应过宽垫片不应过宽第六页，共68页。2）、操作）、操作(cozu)工况工况n工作密封比压工作密封比压:内压轴向力拉伸，内压轴向力拉伸，降低了压紧应力，垫片有足够回弹，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补偿变形，当垫圈上的比

3、压下降到某一临界值时，回弹不足，介质发某一临界值时，回弹不足，介质发生生(fshng)(fshng)泄漏，这一临界值泄漏，这一临界值称为工作密封比压。称为工作密封比压。n3)、法兰密封条件、法兰密封条件n预紧时：垫圈预紧时：垫圈(din qun)单位面积上的压单位面积上的压紧力不小于预紧密封比压紧力不小于预紧密封比压n工作时：垫圈工作时：垫圈(din qun)单位面积上的压单位面积上的压紧力高于工作密封比压紧力高于工作密封比压第七页，共68页。n3、法兰的失效形式、法兰的失效形式(xngsh)：界面泄漏和渗：界面泄漏和渗透泄漏透泄漏第八页，共68页。二、法兰结构二、法兰结构(jigu)与分类与

4、分类n1、按接触面形式分n窄面法兰n宽面法兰n2、按整体(zhngt)性程度分n松式法兰n整体(zhngt)法兰n任意式法兰第九页，共68页。整体(zhngt)法兰第十页，共68页。松式法兰第十一页，共68页。n三、影响密封的主要因素(yn s)n1、法兰密封面型式n2、螺栓预紧力n3、垫片n4、法兰刚度n5、操作条件平面型平面型凹凸凹凸(o t)面形面形榫槽面型榫槽面型第十二页，共68页。n结构简单，加工结构简单，加工(ji gng)方便，便于进行防腐衬里。方便，便于进行防腐衬里。n接触面积大，预紧时垫片接触面积大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。容易往两边挤，不易压紧。n防止防止(fng

5、zh)垫片垫片被挤出，被挤出，n适用于压力适用于压力较高。较高。n槽中垫片不被挤动。槽中垫片不被挤动。n螺栓力较小。获得良好的密封效果。螺栓力较小。获得良好的密封效果。n结构较复杂，更换垫片较困难。结构较复杂，更换垫片较困难。n榫面容易损坏，榫面容易损坏，n适于易燃、易爆、有毒介质适于易燃、易爆、有毒介质(jizh)及较及较高压力。高压力。n压力不大时，即使直径较大，也能很好压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。密封。第十三页，共68页。锥形密封面梯形锥形密封面梯形(txng)槽密封面槽密封面密封面型式密封面型式(xn sh)选择，主要考虑压力、温度、介质选择，主要考虑压力、温度、介质第十四

6、页，共68页。n法兰的翘曲法兰的翘曲(qio q)变形变形增加法兰厚度可增加其强度增加法兰厚度可增加其强度(qingd)增加与法兰连接处的器壁厚度可增加其刚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尽可能减小螺栓孔中心圆直径第十五页，共68页。垫片垫片(din pin)(din pin)n垫片是法兰密封的基础垫片是法兰密封的基础n垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。垫片适当变形和回弹能力是形成密封的必要条件。n垫片分类：非金属、非金属与金属混合制的垫片、金属垫片分类：非金属、非金属与金属混合制的垫片、金属n垫片材料的选择：根据温度、压力以及介质腐蚀决定，同时考垫

7、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、螺栓虑密封面形式、螺栓(lushun)(lushun)力的大小以及装卸要求等。力的大小以及装卸要求等。第十六页，共68页。非金属垫片非金属垫片(din pin)(din pin)：材料：橡胶石棉板、材料：橡胶石棉板、聚四氟乙烯等。聚四氟乙烯等。特点：柔软，但耐温度和压力性能特点：柔软，但耐温度和压力性能(xngnng)(xngnng)较金属垫片差较金属垫片差适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道适用：只适用于常、中温和中、低压设备和管道金属金属(jnsh)(jnsh)垫片：垫片：材料：要求软韧，一般不要求强度高，材料：要求软

8、韧，一般不要求强度高，常用软铝、紫铜、铁常用软铝、紫铜、铁(软钢软钢)、蒙耐尔合金、蒙耐尔合金 （含（含Ni67Ni67，Cu30Cu30，Cr4Cr45 5)钢等钢等适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封适用：主要用于中、高温和中、高压法兰密封第十七页，共68页。金属金属(jnsh)(jnsh)与非金属与非金属(jnsh)(jnsh)混合制垫片：混合制垫片：n用薄金属板（镀锌薄钢板、用薄金属板（镀锌薄钢板、0Cr18Ni90Cr18Ni9等）将非金属包起等）将非金属包起来来(q li)(q li)；n薄低碳钢带薄低碳钢带(或合金钢带或合金钢带)与与石棉带一起绕制而成。石棉带一起绕制而成。金

9、属金属(jnsh)包垫片包垫片缠绕垫片缠绕垫片第十八页，共68页。第十九页，共68页。第二十页，共68页。四、容器四、容器(rngq)法兰标准法兰标准n1、类型、类型(lixng)与结构与结构n甲型平焊法兰（甲型平焊法兰（JB5701-92)n乙型平焊法兰（乙型平焊法兰（JB5702-92)n长颈对焊法兰（长颈对焊法兰（JB5703-92)n带衬环带衬环第二十一页，共68页。厚度更大的颈，刚性大。厚度更大的颈，刚性大。更高压力范围更高压力范围(fnwi)(fnwi)6.4MPa)6.4MPa)更高直径范围更高直径范围(fnwi)(300mm(fnwi)(300mm2000mm)2000mm)，

10、适用温度范围适用温度范围(fnwi)(fnwi)为为-20-20450450。第二十二页，共68页。v平焊与对焊法兰都有带衬环平焊与对焊法兰都有带衬环的与不带衬环的两种。的与不带衬环的两种。v当设备是由不锈钢制作时，当设备是由不锈钢制作时，采用采用(ciyng)(ciyng)碳钢法兰碳钢法兰加不锈钢衬环，可以节省不加不锈钢衬环，可以节省不锈钢。锈钢。第二十三页，共68页。2 2、尺寸系列、尺寸系列(xli)(xli)两个基本参数两个基本参数按公称压力分为七个等级按公称压力分为七个等级、公称公称(gngchng)直径直径公称公称(gngchng)压力压力第二十四页，共68页。公称公称(gngch

11、ng)(gngchng)直径与公称直径与公称(gngchng)(gngchng)压力压力n由法兰标准确定法兰尺寸的依据由法兰标准确定法兰尺寸的依据n只要法兰的公称直径、公称压力确定了，法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。兰的尺寸也就确定了。n压力容器法兰公称直径同压力容器压力容器法兰公称直径同压力容器n例如例如(lr)DN 1000mm(lr)DN 1000mm的压力容器，应当的压力容器，应当配用配用DN 1000mmDN 1000mm的压力容器法兰。的压力容器法兰。第二十五页，共68页。法兰公称法兰公称(gngchng)(gngchng)压力：压力：n与最大操作压力、

12、操作温度以及材料与最大操作压力、操作温度以及材料(cilio)(cilio)有关有关n定义：以定义：以16MnR16MnR在在200200时的机械性能为基时的机械性能为基准确定法兰尺寸，在准确定法兰尺寸，在200200时，它的最大允时，它的最大允许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称许操作压力就认为是具有该尺寸法兰的公称压力。压力。第二十六页，共68页。n公称压力公称压力PN PN 法兰，用法兰，用16MnR16MnR制造的，在制造的，在200200时，最大允许操作压力。时，最大允许操作压力。n高于高于200200的最大操作压力将低于它的公称压的最大操作压力将低于它的公称压力。力。n低于低于2

13、00200仍按仍按200200确定确定(qudng)(qudng)其最高其最高工作压力。工作压力。第二十七页，共68页。n材料改为材料改为Q235-AQ235-A，机械性能比，机械性能比16MnR16MnR差，公称压力的法差，公称压力的法兰，兰，200200操作操作(cozu)(cozu)，n最大允许操作最大允许操作(cozu)(cozu)压力低于公称压力。压力低于公称压力。n材料由材料由16MnR16MnR改为改为15MnVR15MnVR，机械性能优于，机械性能优于16MnR16MnR，公称，公称压力的法兰，在压力的法兰，在200200操作操作(cozu)(cozu)时，时，n最大允许操作最

14、大允许操作(cozu)(cozu)压力将高于它的公称压力。压力将高于它的公称压力。第二十八页，共68页。3 3、标准中法兰尺寸、标准中法兰尺寸(ch cun)(ch cun)的确定的确定4 4、最大允许工作压力、最大允许工作压力5 5、容器法兰的确定、容器法兰的确定材料材料温度温度(wnd)法兰形式法兰形式垫片垫片16MnR200第二十九页，共68页。公称压力公称压力(yl)(yl)的确定：的确定：选配法兰按照设计压力小于最大允许工作选配法兰按照设计压力小于最大允许工作(gngzu)(gngzu)压力确压力确定公称压力定公称压力第三十页，共68页。为操作温度为操作温度300300，设计压力，设

15、计压力(yl)(yl)的容器选配法兰（确定公称压力的容器选配法兰（确定公称压力(yl)(yl)）。）。材料材料15MnVR15MnVR按公称压力按公称压力(yl)(yl)查取。查取。材料材料20R20R按公称压力按公称压力(yl)(yl)查取尺寸。查取尺寸。第三十一页，共68页。7、法兰标记(bioj)第三十二页，共68页。n法兰法兰C-T 800-1.6 JB/T4702-2000n公称公称(gngchng)压力，公称压力，公称(gngchng)直径直径800mm的衬环榫槽密封面乙型平焊法的衬环榫槽密封面乙型平焊法兰的榫面法兰兰的榫面法兰第三十三页，共68页。选配(xun pi)法兰步骤n1

16、、根据公称直径和设计压力，先初选法兰结构类型n2、根据设计压力、设计温度、法兰材料，确定法兰公称压力n3、根据公称工程直径和公称压力，验证法兰类型n4、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n5、根据法兰型式、材料、设计温度等选配螺栓、螺母(lum)及垫片。第三十四页，共68页。第三十五页，共68页。选配(xun pi)法兰步骤n公称公称(gngchng)直径直径n设计设计(shj)压力压力n初选法兰结构类型初选法兰结构类型n设计压力设计压力n设计温度设计温度n法兰材料法兰材料确定法兰公称压力确定法兰公称压力最大允许工作压力最大允许工作压力n公称直径公称直径n公称压力公称压力n验

17、证法兰类型验证法兰类型n公称直径公称直径n公称压力公称压力n查标准确定法兰尺寸查标准确定法兰尺寸n法兰型式法兰型式n材料材料n设计温度设计温度选配螺栓、螺母及垫片选配螺栓、螺母及垫片12345第三十六页，共68页。例：塔身与封头的法兰。塔内径例：塔身与封头的法兰。塔内径1000mm1000mm，操作温，操作温度度280280，设计，设计(shj)(shj)压力。压力。Q235-AQ235-A。n压力不高，直径不大，根据操作温度、设计压力、初选压力不高，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；甲型平焊法兰，平面密封面；n根据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为；根

18、据操作温度、设计压力、所用材料，确定公称压力为；n验证法兰类型；验证法兰类型；n查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓查表得法兰的各部尺寸，联接螺栓(lushun)M20(lushun)M20，共，共3636个；个；n查表确定螺栓查表确定螺栓(lushun)(lushun)、螺母及垫片；、螺母及垫片；n用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板n联接螺栓联接螺栓(lushun)M20(lushun)M20，共，共3636，材料，材料Q235-AQ235-A第三十七页，共68页。第三十八页，共68页。管法兰标准管法兰标准(biozhn)(biozhn)v同样

19、公称直径的容器法兰和管法兰的尺寸不相同，不能互相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(h xing)(h xing)代用。代用。v管法兰的型式除平焊、对焊法兰外，还有铸钢法兰、铸铁法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。兰、活套法兰、螺纹法兰等。v管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。管法兰标准查选方法、步骤与压力容器法兰同。第三十九页，共68页。思考题：思考题：n1.法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因法兰垫片密封的原理是什么？影响密封的因素有哪些？素有哪些？n2.法兰的型式有哪些？各有什么特点？法兰的型式有哪些？各有什么特点？n

20、3.法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？法兰密封面型式有哪些？各适用什么场合？n4.常用的垫片材料有哪些？常用的垫片材料有哪些？n5.标准标准(biozhn)中法兰尺寸确定的依据中法兰尺寸确定的依据?n确定法兰尺寸的两个参数是确定法兰尺寸的两个参数是?第四十页，共68页。第四十一页，共68页。第十四章 容器(rngq)支座n一、卧式容器支座一、卧式容器支座n1 1、分类、分类(fn li)(fn li)n鞍座、圈座、支腿鞍座、圈座、支腿第四十二页，共68页。q鞍座鞍座(n zu)(n zu)q圈座圈座q支腿支腿第四十三页，共68页。2 2、鞍座、鞍座(n zu)(n zu)结构及选结构及选用

21、用n轻型轻型(qn xn)(qn xn)（A A型）和重型型）和重型（B B型）（型）（BI-BVBI-BV）n带垫板和不带垫板带垫板和不带垫板nF F型和型和S S型型n焊制和弯制焊制和弯制n包角包角120120和和150 150 第四十四页，共68页。第四十五页，共68页。带垫板带垫板n有效厚度小于等于有效厚度小于等于3mm3mmn容器有热处理要求容器有热处理要求n容器与鞍座温差容器与鞍座温差(wnch)(wnch)大于大于200 200 n容器材质为不锈钢容器材质为不锈钢第四十六页，共68页。每种型式鞍座又分为固定式支座每种型式鞍座又分为固定式支座(zh zu)(zh zu)（F)F)和

22、滑动式和滑动式支座支座(zh zu)(zh zu)（S)S)F F型：底板上开圆形螺栓孔型：底板上开圆形螺栓孔S S型：底座开长圆形螺栓孔；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防止热胀等原因对设备造成附加应力第四十七页，共68页。n焊制焊制n腹板和底板腹板和底板n焊接焊接(hnji)(hnji)在一起在一起n弯制弯制n腹板和底板腹板和底板n为一体为一体第四十八页，共68页。n鞍座包角鞍座包角120120或或150150，安放稳定，安放稳定(wndng)(wndng)，分散应力。，分散应力。第四十九页，共68页。n鞍式支座标准鞍式支座标准(biozhn)JB/T4712-92

23、(biozhn)JB/T4712-92 n根据容器公称直径和重量选用根据容器公称直径和重量选用n基本尺寸：高度、宽度基本尺寸：高度、宽度b b、包角和腹板、包角和腹板厚度厚度第五十页，共68页。选用(xunyng)原则n实际承受的最大载荷必须小于鞍座得允实际承受的最大载荷必须小于鞍座得允许载荷即：许载荷即：QmaxQQmaxQnQmaxQmax：实际操作，水压试验：实际操作，水压试验nQQ：标准高度（：标准高度（200200），随高度升高），随高度升高而降低而降低nF F型和型和S S型搭配型搭配(dpi)(dpi)使用使用第五十一页，共68页。鞍座鞍座(n zu)(n zu)与筒体端部距离与

24、筒体端部距离A A确定（双鞍座确定（双鞍座(n(n zu)zu)）：）：当当L/DL/D较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座较大，且无加强圈，应尽量利用封头对支座处筒体的加强作用，取；处筒体的加强作用，取；当筒体的当筒体的L/DL/D较小，较小，L/D L/D或有加强圈时，取。或有加强圈时，取。第五十二页，共68页。3 3 圈座圈座 采用圈座的情况：采用圈座的情况：对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自对于大直径薄壁容器和真空容器，因其自身重量可能造成身重量可能造成(zo chn)(zo chn)严重挠曲；严重挠曲；多于两个支承的长容器。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

25、一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。个圈座是滑动支承的。第五十三页，共68页。4 4 腿式支座腿式支座(zh zu)(zh zu)n简称支腿简称支腿n连接处造成严重连接处造成严重(ynzhng)(ynzhng)的局的局部应力，只适用于小型设备部应力，只适用于小型设备（DN1600DN1600、L5mL5m）。）。n腿式支座的结构型式、系列参数等腿式支座的结构型式、系列参数等参见标准参见标准JB/T 4714-92 JB/T 4714-92 腿式支腿式支座。座。第五十四页，共68页。n二、立式容器二、立式容器(rngq)(rngq)支座支座n1 1、分类、分类n耳式、支承式

26、、裙座、支腿耳式、支承式、裙座、支腿n2 2、耳式支座、耳式支座第五十五页，共68页。第五十六页，共68页。n两类两类:A:A型（短臂）和型（短臂）和B B型（长臂）型（长臂）n每类又分为每类又分为(fn(fn wi)wi)带垫板与不带垫带垫板与不带垫板两种结构板两种结构 第五十七页，共68页。q设备较大或器壁较薄设备较大或器壁较薄 q不锈钢制设备，合金元素的流失不锈钢制设备，合金元素的流失(lish)(lish)q标准耳式支座的材料为标准耳式支座的材料为 第五十八页，共68页。耳式支座耳式支座(zh zu)(zh zu)选用的方法：选用的方法：（1 1）估算设备总重，算每个支座（按）估算设备

27、总重，算每个支座（按2 2个计算）的负荷个计算）的负荷QQ值；值；（2 2）确定支座型式，从表按允许负荷）确定支座型式，从表按允许负荷QQ允大于实际允大于实际(shj)(shj)负荷负荷QQ，选支座。，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。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。大型设备的支座往往搁在钢梁或混凝土制的基础上。第五十九页，共68页。3、支承、支承(zh chn)式式用角钢、槽钢制用角钢、槽钢制作作(zhzu)(zhzu)，或用数块钢板或用数块钢板焊成焊成(A)(A)钢管钢管(B),(B),都带垫板都带垫板型式

28、、结构、尺型式、结构、尺寸及材料寸及材料JB/T JB/T 4724-92 4724-92 支支承式支座。承式支座。第六十页，共68页。支承支承(zh chn)(zh chn)式支座式支座的选用：的选用：简单轻便简单轻便局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体局部应力较大，当壳体刚度较小、壳体和支座和支座(zh zu)(zh zu)材料差异或温度差材料差异或温度差异较大时，或壳体需焊后热处理，应异较大时，或壳体需焊后热处理，应设置加强板。设置加强板。加强板的材料应和壳体材料相同或相似。加强板的材料应和壳体材料相同或相似。第六十一页，共68页。裙式支座裙式支座(zh zu)(zh zu)塔设备塔设备(

29、shbi)(shbi)最常用裙式支座。最常用裙式支座。目前还没有标准。目前还没有标准。各部分尺寸均需通过计算或实践各部分尺寸均需通过计算或实践经验确定。经验确定。第六十二页，共68页。思考题：思考题：1 1、卧式容器和立式容器的支座有哪、卧式容器和立式容器的支座有哪几种？几种？2 2、双鞍座、双鞍座(n zu)(n zu)卧式容器支座卧式容器支座位置按哪些原则确定？位置按哪些原则确定？第六十三页，共68页。第六十四页，共68页。第三节检查(jinch)孔n一、分类(fn li)n人孔n手孔n螺纹塞孔第六十五页，共68页。n二、人孔n1、标准n不锈钢人孔标准HGJ504513-86n碳素刚、低合

30、金钢人孔和手孔标准HG2151421535-95n说明(shumng)：联接 用 钢制管法兰、垫片、紧固件第六十六页，共68页。n2、人孔结构n 垂直吊盖 回转(huzhun)盖 水平吊盖nMPanMPanMPan 第六十七页，共68页。NoImage内容(nirng)总结第十二章 法兰联接。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(gngzu)时：垫圈单位面积上的压紧力高于工作(gngzu)密封比压。3、法兰的失效形式：界面泄漏和渗透泄漏。结构较复杂，更换垫片较困难。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。用甲型平焊法兰、平面密封面，垫片用石棉橡胶板。包角120和150。Q：标准高度（200），随高度升高而降低。MPa第六十八页，共68页。