第十章容器零部件-化工机械设备基础分解

第十章容器零部件-化工机械设备基础分解第一页，共86页。

一法兰连接二开孔补强与设备边缘三容器支座四容器的焊接结构五容器附件2第二页，共86页。一法兰连接结构与密封原理1.连接结构：第一节法兰连接3第三页，共86页。法兰连接结构（外观）4第四页，共86页。法兰连接结构（剖开看）5第五页，共86页。从法兰密封连接过程看其密封原理：（1）预紧时——拧紧螺栓,垫片被压紧（垫内毛细管被切断；消除了与法兰密封面之间的空隙）。垫片单位面积上所受的压紧力，称为垫片密封比压。当垫片密封比压达到某一值时，便具备了初始密封条件，此时的比压称为预紧密封比压。2.法兰密封原理6第六页，共86页。（2）工作条件下——介质压力和温度均升高——螺栓被拉伸，法兰变形，法兰密封面相对有分离趋势。致使垫片比压下降。——垫片回弹，补偿或部分补偿了法兰分离的位移。此时的残余比压若不小于某一值（称为工作密封比压），仍可保持良好密封状态。否则，将发生泄漏。7第七页，共86页。密封垫表面与法兰密封面之间有空隙,或截面内有毛细管——泄漏通道。密封面两侧介质有压差——推动力。法兰密封面泄漏的原因：8第八页，共86页。1、按法兰接触面分为：窄面法兰——整个接触面在螺栓孔内，如榫槽面宽面法兰——法兰接触面在中心圆的内外两侧，用于中低压或垫片较软的场合，如平面、凹凸面二法兰分类9第九页，共86页。（1）整体法兰将法兰与壳体锻或铸成一体或全焊透，典型的整体法兰有一个锥形的颈脖，故又称高（长）颈法兰。法兰受力后会使容器产生附加弯曲应力。常见的形式有平焊法兰和对焊法兰两种。2、按法兰与设备或管道的联接方式划分为：10第十页，共86页。平焊法兰对焊法兰11第十一页，共86页。法兰不直接固定在壳体上或虽然固定而不能保证法兰与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。因不需焊接，法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制备。（2）松套法兰12第十二页，共86页。松套法兰13第十三页，共86页。法兰和管壁通过螺纹进行连接，法兰对管壁产生的附加应力较小。常用于高压管道。

（3）螺纹法兰14第十四页，共86页。螺纹法兰15第十五页，共86页。法兰的形状，除常见的以外，还有方形和椭圆形。方形法兰有利于把管子排列紧凑。椭圆形法兰常用于阀门和小直径的高压管上。16第十六页，共86页。三影响法兰密封的因素

1、螺栓预紧力（1）预紧力不能过大，也不能过小。过大：使垫片压坏或挤出；过小：达不到垫片压紧并实现初始密封条件。

17第十七页，共86页。

（2）适当提高预紧力，可以增加垫片的密封能力。使渗透性垫片材料的毛细管孔隙减小（3）使预紧力均匀作用于垫片

可以采取减小螺栓直径以及增加螺栓个数的办法。18第十八页，共86页。

2.法兰密封面形式19第十九页，共86页。

压紧面的表面为平面或带沟槽的平面。

优点：结构简单，加工方便。

缺点：接触面积大，需要的预紧比压大，螺栓承载大，故法兰等零件要求高、笨重，垫片易挤出，密封性能较差。使用压力P≤2.5Mpa，有毒、易燃、易爆质中不能使用。（1）平面型压紧面20第二十页，共86页。

由一个凹面和一个凸面配合组成。垫片放凹面中。

优点：便于对中，能防垫片挤出。可用在P≤6.4Mpa。（2）凹凸型21第二十一页，共86页。（3）榫槽型一榫一槽密封面组成优点：是对中性好，密封预紧压力小，垫片不易挤出，也不受介质冲刷，用于易燃易爆密封要求高处缺点：更换较困难，榫易损坏22第二十二页，共86页。通常用于高压密封，其缺点是需要的尺寸精度和表面粗糙度要求高。须与透镜垫片配合,常用于高压管路。

（4）锥形压紧面23第二十三页，共86页。

槽底不起作用，是槽的内外锥面与垫片接触而形成梯形密封的，与椭圆或八角形截面的金属垫圈配合。（5）梯形槽压紧面24第二十四页，共86页。

3.垫片性能（1）垫片密封面的塑性变形能力

——实现初始密封（2）垫片材料及结构的回弹能力

——提高工作状态下的残余密封比压（3）耐腐蚀能力（4）力学性能，尤其抗高温蠕变能力

25第二十五页，共86页。垫片类型：26第二十六页，共86页。27第二十七页，共86页。28第二十八页，共86页。29第二十九页，共86页。30第三十页，共86页。31第三十一页，共86页。刚度不足，导致过大的翘曲变形，往往是导致密封失效的原因。刚性大的，法兰变形小，并可以使分散分布的螺栓力均匀地传给垫片，故可以提高密封性能

4.法兰的刚度法兰受力32第三十二页，共86页。法兰变形1:法兰轴向翘曲变形33第三十三页，共86页。法兰变形2：法兰环向翘曲变形34第三十四页，共86页。如何提高法兰刚度？（1）增加法兰厚度；（2）减小螺栓力与垫片力作用点间距离；（3）螺栓数量要足够。35第三十五页，共86页。

5.操作条件1压力高—介质泄漏的推动力大。2温度高

—介质的粘度低，渗透性强，容易泄漏；

—介质的腐蚀性能增强；

—法兰、螺栓及垫片易发生蠕变，垫片比压下降；

—非金属垫片易发生老化，丧失塑性。温度压力联合作用，并且反复波动，垫片容易发生“疲劳”失效。36第三十六页，共86页。四法兰标准1.压力容器法兰标准（1）甲型平焊法兰截面基本为矩形的圆环（法兰盘），直接与容器的筒体或者封头焊接。37第三十七页，共86页。（2）乙型平焊法兰除法兰盘外增加一个厚度大于筒体壁厚的短节。（增加了刚度，减少了弯矩）38第三十八页，共86页。（3）长颈对焊法兰用根部增厚的颈取代了乙型平焊法兰中的短节。（提高了刚度，减少了焊接残余应力）39第三十九页，共86页。压力容器法兰的选用

确定法兰连接尺寸的基本参数：——公称压力（PN）和公称直径（DN)。（1）公称直径的确定：管法兰—与相联接管子的公称直径相同；

压力容器法兰—

板卷筒体，与相联接筒体的公称直径相同；无缝钢管作筒体，与相联接无缝管的公称直径相同。40第四十页，共86页。公称压力：在规定的设计条件下，在确定法兰结构尺寸时所采用的设计压力基准：以16MnR在200℃时的力学性能为基准确定法兰尺寸系列。即基准条件下，法兰的最大允许操作压力为该法兰的公称压力。（2）公称压力的确定：41第四十一页，共86页。法兰公称压力的确定：公称压力PN

法兰材质最大允许工作压力(MPa)-20~200℃300℃350℃

0.6Q235-A0.40.330.30

16MnR0.60.510.4915MnVR0.650.630.642第四十二页，共86页。压力容器法兰设计步骤：（1）确定DN;（2）根据法兰材质、工作温度和最高工作压力，确定PN；（3）由PN,DN确定法兰形式及连接尺寸、螺栓尺寸及数量。（4）根据介质工作温度、工作压力确定密封面及垫片类型；（5）确定螺栓、螺帽材质；（6）绘制草图。43第四十三页，共86页。例：为一台精流塔配一对连接塔身与封头的法兰。塔的内径为1000mm,操作温度为280º，设计压力为0.2MPa。塔体材质为Q235-B。介质无腐蚀性及其他危害。解：1.确定DNDN=1000mm（板卷筒体）。

44第四十四页，共86页。

2.确定PN法兰材质也采用Q235-B,根据操作温度（280°C）及设计压力（0.2MPa)，查温度/压力表10-10得PN=0.6(MPa)。3.由DN和PN，查尺寸标准表10-3,确定连接尺寸及螺栓的规格数量。螺栓M20,36个45第四十五页，共86页。2.管法兰管法兰标准：1）HG20592-20635——97«钢制管法兰、垫片、紧固件»2）GB/T9112-9124-2000«钢制管法兰»

46第四十六页，共86页。a.板式平焊HG20592-97管法兰类型：b.带颈对焊法兰47第四十七页，共86页。c.带颈平焊d.承插焊e.平焊环松套板式f.翻边松套板式48第四十八页，共86页。g.螺纹法兰方法兰椭圆形法兰h.法兰盖49第四十九页，共86页。从法兰密封连接过程看其密封原理：（1）预紧时

预紧密封比压（2）工作条件下

工作密封比压知识回顾：50第五十页，共86页。

2、影响法兰密封的因素(1)螺栓预紧力(2)法兰密封面形式(3)垫片性能(4)法兰刚度(5)操作条件51第五十一页，共86页。第二节开孔补强与设备边缘容器开孔应力集中现象开孔处出现应力集中，应力集中系数为：

K=σmax/σ其大小为多少？52第五十二页，共86页。实测结果：K≈3即应力集中点的实际应力大约为膜应力的3倍。见平板开孔试验测试：53第五十三页，共86页。二开孔补强原则与补强结构1.开孔补强原则：等面积补强

即规定局部补强的金属截面积必须等于或大于开孔减去的壳体截面积。54第五十四页，共86页。2.补强结构：（1）补强圈结构（贴板补强）材质厚度一般与壳体相同；补强圈要与壳体、接管很好地焊接，以同时受力。补强板上有一个小孔，用以检查焊缝缺陷；名曰泄漏信号孔。55第五十五页，共86页。若须补强的接管较多，可采取增加壳体壁厚的办法，也称为整体补强。（2）补强管结构（接管补强）（3）整体补强结构56第五十六页，共86页。3.不另行补强的最大开孔直径同时满足如下要求的，可不另行补强：（1）壳体设计压力p≤2.5MPa;（2）两相邻孔中心距不小于两孔直径之和；（3）接管的外径不大于89mm；（4）接管的最小壁厚满足下表要求：接管外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.057第五十七页，共86页。三等面积补强的设计方法1.开孔有效补强范围及补强面积的计算

等面积补强——补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。

58第五十八页，共86页。

等面积补强，纵截面上的投影面积要满足下式：

A1+A2+A3≥AA1—壳体的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）；A2—接管的贡献（有效壁厚减去计算壁厚部分）；A3—焊缝金属截面积;A—壳体上需要补强的截面积。59第五十九页，共86页。在补强区范围内，设Ae=A1+A2+A3如果Ae≥A,则无需补强；如果Ae＜A，则需要补强。补强面积为A4=A-Ae60第六十页，共86页。2.开孔补强设计步骤：（1）确定壳体及接管的计算壁厚S和St,C、C2以及d；（2）确定有效宽度B和高度h1

、h2

；（3）计算A1、A2、A3和A；（4）比较Ae=(A1+A2+A3)与A，若Ae≥A,则无需补强，否则，须补强。（5）计算有效补强范围内另加补强面积A4≥A-Ae。61第六十一页，共86页。注意：●补强板厚度和材质一般与壳体相同；

62第六十二页，共86页。第三节容器支座作用：支撑容器的重量；固定位置。一卧式容器支座种类：——鞍座63第六十三页，共86页。材质：垫板—与筒体相同，其它---Q235-A.F。64第六十四页，共86页。鞍座标准及其标记鞍座分为轻型（A）和重型（B）。固定式——F型；活动式——S型。标准号：JB/T4712-92.

鞍座标记：JB/T4712-92鞍座[型号][公称直径]-[F或S]例如：DN2600的轻型鞍座标记为JB/T4712-92鞍座A2600-FJB/T4712-92鞍座B2600-S65第六十五页，共86页。

A≤Do/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。L——封头赤道圆间的距离。A——赤道圆至支座中心线间的距离。鞍座的位置——A的确定：66第六十六页，共86页。二立式容器支座1耳式支座2支承式支座3腿式支座67第六十七页，共86页。第四节容器的焊接结构

一焊接接头1接头形式68第六十八页，共86页。69第六十九页，共86页。70第七十页，共86页。2.坡口形式71第七十一页，共86页。72第七十二页，共86页。73第七十三页，共86页。二压力容器焊接接头的分类

74第七十四页，共86页。

压力容器上的A、B类焊接接头，主要是壳体上的纵、环向对接接头，是受压壳体上的主承力焊接接头，这类接头要求采用全焊透结构，应尽量采用双面焊的全焊透对接接头。

A、B类接头A、B类对接接头均