第十六章容器零部件设计:第一节法兰联接
在石油、化工设备和管道中,由于生产工艺的要求,或者为制造、运输、安装、检修方便,常采用可拆卸的联接结构。常见的可拆卸结构有法兰联接、螺纹联接和承插式联接。采用可拆卸联接之后,确保接口密封的可靠性,是保证化工装置正常运行的必要条件。由于法兰联接有较好的强度和紧密性,适用的尺寸范围宽,在设备和管道上都能应用,所以应用最普遍。但法兰联接时,不能很快地装配与拆卸,制造成本较高。
设备法兰与管法兰均已制定出标准。在很大的公称直径和公称压力范围内,法兰规格尺寸都可以从标准中查到,只有少量超出标准规定范围的法兰,才需进行设计计算。
一、法兰联接结构与密封原理
法兰联接结构是一个组合件,是由一对法兰,若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。下图中的(a)是管子法兰联接整体结构装配图,图(b)为设备法兰的剖面图。在实际应用中,压力容器由于联接件或被联接件的强度破坏所引起法兰密封失效是很少见的,较多的是因为密封不好而泄漏。故法兰联接的设计中主要解决的问题是防止介质泄漏。
法兰密封的原理是:法兰在螺栓预紧力的作用下,把处于密封面之间的垫片压紧。施加于单位面积上的压力(压紧应力)必须达到一定的数值才能使垫片变形而被压实,密封面上由机械加工形成的微隙被填满,形成初始密封条件。所需的这个压紧应力叫垫片密封比压力,以y表示,单位为MPa。密封比压力主要决定于垫片材质。显然,当垫片材质确定后,垫片越宽,为保证应有的比压力,垫片所需的预紧力就越大,从而螺栓和法兰的尺寸也要求越大,所以法兰联接中垫片不应过宽,更不应该把整个法兰面都铺满垫片。当设备或管道在工作状态时,介质内压形成的轴向力使螺栓被
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