化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ) 第九章 法蘭連接

1、1,,第九章 法蘭連接,Flange,凸緣車輪或管道上突出的邊、緣、肋條或環(huán)圈，用來增加物體強(qiáng)度、固定物體或使某一物體附著在另一物體上A protruding rim, edge, rib, or collar, as on a wheel or a pipe shaft, used to strengthen an object, hold it in place, or attach it to another object

2、.,2,一、概述,為了安全，可拆連接必須滿足下列基本要求： (1) 足夠的剛度。 連接件之間具有必須的密封壓緊力，以保證在操作過程中介質(zhì)不會泄漏； (2) 足夠的強(qiáng)度。 不削弱整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度； (3) 耐腐蝕，在一定的溫度范圍內(nèi)能正常工作，能迅速并多次地拆開和裝配； (4) 成本低廉，適合于大批量地制造。,3,法蘭剖面圖,密封面,4,法蘭盤,據(jù)統(tǒng)計(jì),一座年產(chǎn)250萬噸的煉油廠,法蘭連接的數(shù)量達(dá)20萬個(gè)以上

3、,5,壓力容器法蘭——筒體與封頭、筒體與筒體或封頭與管板之間連接的法蘭管法蘭——管道與管道之間連接的法蘭,二、法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理,1——法蘭；2——墊片3—— 螺栓、螺母,6,平面型,凸凹面型,榫槽型,法蘭連接型式,7,法蘭受力,螺栓作用給法蘭的預(yù)緊力,,墊圈作用力,,軸向介質(zhì)作用力,,8,高頸法蘭中的應(yīng)力,徑向彎曲應(yīng)力,環(huán)向彎曲應(yīng)力,軸向彎曲應(yīng)力,9,滲透泄漏——流體通過墊片材料本體毛細(xì)管的泄漏。主要與墊片的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)有關(guān)

4、；界面泄漏——流體沿著墊片與法蘭接觸面之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關(guān)。,法 蘭 管 板,10,1．密封墊片是整個(gè)法蘭聯(lián)接的基礎(chǔ)。 2．增加與法蘭盤聯(lián)接處容器厚度，不但會減小法蘭加給器壁的彎曲應(yīng)力，面且增厚的器壁會增大法蘭的剛度。 3．對法蘭頸部主要作用的應(yīng)力是彎曲應(yīng)力，而彎曲應(yīng)力的大小是與受彎構(gòu)件的厚度平方成反比，所以決定法蘭強(qiáng)度大小的關(guān)健尺寸是法蘭盤的厚度。 4．法蘭受力矩的大小與法蘭栓孔中心圓和墊片中徑之間的

5、距離有關(guān)，此距離越小，法蘭力矩越小。適當(dāng)確定螺栓直徑大小與數(shù)目,力學(xué)分析結(jié)論,11,三、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類,——法蘭分類有多種方式：   按加工方式分、按產(chǎn)品材料材質(zhì)分、按生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)分、按連接方式分、按產(chǎn)品規(guī)格分類等。具體情況具體分類。——法蘭材質(zhì)有：20#、A105、Q235A、12Cr1MoV、16MnR、15CrMo、18-8、321、304、304L、316、316L等。,法 蘭 盤,12,(1)

6、窄面法蘭,1、按接觸面,(2)寬面法蘭,13,2、按其整體性程度,(1)松式法蘭,（2）整體法蘭,(3)任意式法蘭,鍛、鑄、全焊透的平焊法蘭,活套法蘭、螺紋法蘭、搭接法蘭,14,3．按法蘭的形狀,KF快卸法蘭,板式平焊法蘭(PL),帶頸平焊法蘭(SO),15,四、影響法蘭密封的因素,1．螺栓預(yù)緊力,主要有：螺栓預(yù)緊力；密封面型式；墊片性能；法蘭剛度；操作條件。,——預(yù)緊力不能過大，否則將會使墊片被壓壞或擠出。 ——必須使預(yù)緊力均勻地作

7、用于墊片。因此，當(dāng)密封所需要的預(yù)緊力一定時(shí)，采取增加螺栓個(gè)數(shù)、減小螺栓直徑的辦法對密封是有利的。,16,2．壓緊面(密封面),17,全平面密封面：常與平焊型式配合以適用于操作條件比較緩和的(PNg1.0)工況下；常用于鑄鐵法蘭或與鑄鐵連接的鋼法蘭；     凸臺面密封面：是應(yīng)用最廣的一種型式，它常與對焊和承插焊型式配合使用，在"美式法蘭"中，常用在PN2.0、PN

8、5.0和部分PN10.0MPa壓力等級中；在"歐式法蘭"中則常用在PN1.6、PN2.5MPa壓力等級；     凹凸面密封面：常與對焊和承插型式配合使用，在"美式法蘭中不常采用，在"歐式法蘭"中常用在PN4.0、PN6.4MPa等級中。但它不便于墊片的更換；     榫槽面密封面

9、：使用情況同凹凸面法蘭；     環(huán)槽面密封面：常與對焊連接型式配合(不與承插焊配合)使用，主要用在高溫、高壓或二者均較高的工況。在"美式法蘭’中，常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa壓力等級中。在"歐式法蘭"中常用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN4200。,18,19,3、墊片,墊片是

10、構(gòu)成密封的重要元件，適當(dāng)?shù)膲|片變形和回彈能力是形成密封的必要條件。 最常用的墊片可分為非金屬、金屬、非金屬與金屬混合制的墊片。,20,墊片材料的選用,21,法蘭、墊片、螺栓、螺母匹配表（部分）,22,4．法蘭剛度,——提高法蘭的剛度途徑：增加厚度、減小力臂、增大法蘭盤外徑,法蘭變形,23,國標(biāo)GB/T9115-2000機(jī)械部標(biāo)準(zhǔn)JB82-94化工部標(biāo)準(zhǔn)HGJ50～53-91 HG20595-97HG20617-

11、97 電力部標(biāo)準(zhǔn)GD0508～0509美國標(biāo)準(zhǔn)ASME/ANSI B16.5日標(biāo)JIS/KS（5K, 10K, 16K, 20K）德標(biāo)DIN。,五、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用,壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn),管法蘭標(biāo)準(zhǔn),,,24,化工部標(biāo)準(zhǔn),25,26,27,28,29,1、法蘭的公稱直徑,30,31,2、法蘭的公稱壓力 0.25-6.4MPa， 7種,3、壓力容器法蘭的最大允許工作壓力,實(shí)際生產(chǎn)

12、中使用的法蘭都是16MnR制造的，操作溫度200℃； 允許最大工作壓力等于該法蘭的設(shè)計(jì)壓力(公稱壓力)。,32,33,4．容器法蘭尺寸的確定,按以下步驟進(jìn)行： (1) 容器的公稱直徑(即其內(nèi)徑)DN和設(shè)計(jì)壓力參照表10-l初步確定法蘭結(jié)構(gòu)類型； (2)據(jù)容器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及準(zhǔn)備采用的法蘭材料，按表10-9或表10-10確定所選法蘭的公稱壓力PN； (3)據(jù)確定的法蘭的PN和DN返回查看表10-1，驗(yàn)

13、證原來據(jù)設(shè)計(jì)壓力所初步確定的法蘭類型是否包含有巳確定PN與DN。 (4)據(jù)根所確定的PN和DN，從表10-2至表10-8中選出相應(yīng)的尺寸表，即可確定所選法蘭尺寸。,34,例9-1：為一臺精餾塔配一對聯(lián)接塔身與封頭的法蘭。塔的內(nèi)徑是1000mm，操作溫度為280℃，設(shè)計(jì)壓力為0.2MPa。材質(zhì)分別為20R、16MnR。請分別確定 法蘭類型、尺寸。,35,例9-2：為一臺操作溫度為300℃，設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa的容器選配法蘭。

14、 查表可見：如果法蘭材料用15MnVR，可按公稱壓力0.6MPa查取法蘭尺寸。如果法蘭材料用20R，則必須按公稱壓力為1.0MPa的查取法蘭尺寸。,36,法蘭的標(biāo)記,37,管 法 蘭,板式平焊,帶頸平焊,帶頸對焊,承插焊,38,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。 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)的查選方法、步驟與壓力容器法蘭相同。 管法蘭標(biāo)準(zhǔn)除GB9119.7-88外，常用標(biāo)準(zhǔn)還有：化