3[1].2 法兰的设计

3.2法兰的设计

法兰连接是化工容器、管通常用的一种可拆连接型式。本节从如何满足法兰连接密封的可靠性、足够的强度等出发,简要介绍垫片、螺栓及法兰本体的设计等问题。

3.2.1 基本要求

1、正确理解法兰连接的密封原理,了解影响密封的因素。

2、掌握垫片材料类型及垫片的选择,并理解垫片性能参数的物理意义。

3、掌握螺栓载荷的计算及螺栓的设计问题。

4、了解法兰的结构及其特点,并能使用法兰标准正确选用法兰。

5、掌握非标准法兰结构尺寸的确定和强度计算方法。

3.2.2 内容提要

1、法兰连接通过紧固螺栓压紧垫片实现密封。法兰密封的泄漏形式包括渗透泄漏和界面泄漏。当法兰通过螺栓压紧垫片时,使垫片发生变形,并提供垫片与密封面的压紧力,以形成压力介质通过密封面的阻力,当这种阻力大于密封元件两侧的介质压力差时,介质即被密封住。

垫片性能、螺栓力大小、密封面型式及尺寸精度、法兰刚度及操作条件等均影响密封的可靠性。

2、法兰连接设计中首先面临垫片选择。垫片是法兰密封中的主要元件,为形成密封,主要要求垫片具有适宜的变形和回弹能力。垫片按材料分为非金属垫、金属垫和组合垫三种。由于法兰密封面有平面、凹凸面、榫槽面、梯形槽等,因此与不同密封面相匹配的垫片结构也不完全相同。设计时主要根据介质的特性、温度、压力,确定垫片的材料、结构型式及尺寸。

预紧密封比压y 和垫片系数m 是表征垫片特征的两个主要参数。预紧密封比压y 是指预紧时迫使垫片变形与密封面接触以形成初始密封条件,垫片上所必须的单位面积上的最小压紧载荷。垫片系数m 是指操作时达到密封不漏,垫片上所必须维持的工作密封比压8σ与介质压力p 的比值。y 、m 的大小与垫片材料、结构等因素有关。设计时,由y 、m 确定垫片在预紧和操作状态下的压紧力大小。

3、在法兰连接结构中,连接螺栓提供压紧力。螺栓力既要保证预紧和操作时密封不漏,又要不致把垫片压坏。计算螺栓预紧和操作状态所需最小载荷和螺栓最小截面积如表3-2所示。

设计所需螺栓面积A m 取A a 与A p 之大值,并按下式计算螺栓的根径。

mm n A d m

π

41=

(3-7) 为满足法兰环刚度和安装等要求,设计时必须合理调配螺栓的大小和个数,并要求实际螺栓面积A b ≥A m 。由法兰环的刚度要求螺栓的最大间距为:

mm m t

d S B )

5.0(62m ax ++

= (3-8)

4、法兰按法兰环、锥颈和筒体的整体程度分为松式法兰、整体法兰和任意式法兰。松式法兰被认为法半未能有效地地与筒体连接成一整体,筒体不与法兰共同承受法兰力矩的作用;如果法兰环、颈部和筒体三者能有效地连成一整体,共同承受法兰力矩的作用,则为整体法兰;其受力的整体性程度介于以上二者之

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