第6讲 法兰的密封面

第6讲法兰的密封面目录CONTENTS1法兰的密封原理2压力容器法兰的密封面3管法兰的密封面法兰的密封原理01PART1法兰的密封原理可拆密封装置螺纹连接承插式连接螺栓法兰连接——螺栓—垫片—法兰密封系统法兰连接的密封原理PART1法兰的密封原理原理：性能：螺栓法兰连接结构1-螺栓；2-垫片；3-法兰依靠螺栓预紧力把两部分设备或管道法兰环连在一起，同时压紧垫片，使连接处达到密封。较好的强度和密封性，结构简单，成本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。PART1法兰的密封原理密封装置的失效形式主要表现为泄漏泄漏量控制在工艺和环境允许的范围内PART1法兰的密封原理泄漏形式界面泄漏

渗漏扩散压力差为推动力发生在两密封面之间压力差为推动力发生在密封元件内部浓度差为推动力发生在密封面或密封元件内部PART1法兰的密封原理泄漏途径渗透泄漏界面泄漏PART1法兰的密封原理通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与材料性质有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，或与不透性材料组合成型来避免“渗透泄漏”；沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。压紧面就是指上、下法兰与垫片的接触面。加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因。“界面泄漏”是密封失效的主要途径。渗透泄漏界面泄漏泄漏PART1法兰的密封原理对非金属材质而言，从材料的微观结构来看，本身存在微小缝隙或细微的毛细管，具有一定压力的流体自然容易通过它们渗漏出来，此称为渗透泄漏，它占总泄漏量的10%20%。

两连接表面（即密封面），从机械加工的微观纹理来看存在粗糙度和变形，它们与垫片之间总是存在泄漏通道，由此产生的流体泄漏称为界面泄漏，其泄漏量占总泄漏量的80%90%。

PART1法兰的密封原理螺栓法兰连接的整个工作过程：图3-2（a）尚未预紧工况、（b）预紧工况、（c）操作工况（a）尚未预紧工况将上、下法兰压紧面和垫片的接触处的微观尺寸放大，表面是凹凸不平的，这就是流体泄漏的通道。（a）尚未预紧工况PART1法兰的密封原理（b）预紧工况（无内压）拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。预紧(无内压)时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片单位面积上所需的最小压紧力，称为“垫片比压力”，用y表示，也称为最小压紧应力，单位为MPa。在预紧工况下，如垫片单位面积上所受的压紧力小于比压力y，介质即发生泄漏。引入概念1“预紧比压y”：（b）预紧工况y值仅与垫片材料、结构与厚度有关。PART1法兰的密封原理通入介质压力上升导致A:内压引起的轴向力，使上下法兰压紧面分离，垫片压缩量减少，密封比压（即，压紧面上的压紧应力）下降B:垫片弹性压缩变形部分产生回弹，补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离，使压紧面上的密封比压力仍能维持一定值以保持密封性能。为保证在操作状态时法兰的密封性能而必须施加（维持）在垫片上的压应力，称为操作密封比压。操作密封比压往往用介质计算压力的m倍表示，这里m称为“垫片系数”，无因次。引入概念2“操作密封比压”：（c）操作工况（c）操作工况PART1防止流体泄漏的基本方法当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封。而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面上的比压力

来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密封口的阻力越大，越有利于密封。在密封口增加流体流动的阻力泄漏时介质通过密封口的动力：密封口内外介质压力差泄漏时介质通过密封口的阻力：压紧面上的比压力法兰的密封原理PART1法兰的密封原理由以上分析，在确立法兰设计方法时，把预紧工况与操作工况分开处理，从而大大简化了法兰设计。为此，对两个不同的工况分别引进两个垫片性能参数，即“最小压紧应力”或“比压力”y以及“垫片系数”m。预紧比压y：定义为预紧(无内压)时，迫使垫片变形与压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片所必需的最小压紧载荷，因以单位接触面积上的压紧载荷计，故也称最小压紧应力”，单位为MPa。y值仅与垫片材料、结构与厚度有关。垫片系数m：是指操作(有内压)时，达到紧密不漏，垫片所必须维持的比压与介质压力p的比值（无单位）。压力容器法兰的密封面02PART2压力容器法兰的密封面压力容器法兰的结构类型容器法兰甲型平焊法兰乙型平焊法兰长颈对焊法兰法兰的类型PART2压力容器法兰的密封面全平面（a）凹凸面（c）榫槽面（d）形式：压紧面主要根据工艺条件、密封口径以及垫片等进行选择。PART2压力容器法兰的密封面（a）全平面（b）突面（c）凹凸面（d）榫槽面（e）环连接面（T型槽）PART2压力容器法兰的密封面凹凸面法兰连接PART2压力容器法兰的密封面榫槽面法兰连接PART2压力容器法兰的密封面突面压紧面：简单，加工方便，装卸容易，易于防腐衬里。压紧面可以是平滑的，适用于PN≤2.5MPa场合，带沟槽的（2～4条、宽×深为0.8mm×0.4mm、截面为三角形周向沟槽），防止非金属垫片被挤出，适用更广。

容器法兰可用至6.4MPa，管法兰甚至可用至25～42MPa，但随着公称压力的提高，适用的公称直径相应减小。由榫面、槽面配合构成，垫片安放在槽内，不会被挤出压紧面，较少受介质的冲刷和腐蚀，所需螺栓力较小，但结构复杂，更换垫片较难，只适用于易燃、易爆和高度或极度毒性危害介质等重要场合。凹凸压紧面：榫槽压紧面：各压紧面结构简介安装易于对中，有效防止垫片被挤出，适用于PN≤6.4MPa的容器法兰和管法兰。管法兰的密封面03PART3管法兰的密封面管法兰的结构类型管法兰板式平焊法兰带颈平焊法兰带颈对焊法兰法兰的类型PART3管法兰的密封面管法兰的密封面有五种型式：突面、凹凸面、全平面、榫槽面和环连接面。全平面（FF）

突面（RF）PART3管法兰的密封面凸面（M）

榫面（T）凹面（FM）

槽面（G）凹凸面（MFM）