【正文】 CHAP. 10 壓力容器零部件與標(biāo)準(zhǔn) 壓力容器法蘭連接 法蘭連接的密封原理 法蘭受力分析 法蘭分類 壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn) (JB/T4700~47072023) 管法蘭連接 管法蘭 密封墊片 緊固件 開孔補(bǔ)強(qiáng)與設(shè)備凸緣 容器接管附近的應(yīng)力集中 補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)與計算 容器上開孔及補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)規(guī)定 設(shè)備凸緣 容器支座 臥式容器支座 立式容器支座 人孔、手孔、視鏡和液面計 人孔和手孔 視鏡和液面計 前面幾章 ,我們主要討論了內(nèi)壓容器筒體和封頭的結(jié)構(gòu)設(shè) 計和強(qiáng)度計算中的一些共性問題。本章將討論壓力容器其他零 部件 ——法蘭、支座、人孔、安全附件等的強(qiáng)度問題。因?yàn)檫@ 些零部件應(yīng)用很普遍。為了方便設(shè)計，減少計算工作的繁復(fù)， 對于一定壓力和尺寸范圍內(nèi)使用的零部件，國內(nèi)外制定了零部 件標(biāo)準(zhǔn)，只有少數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)范圍的才需要計算。因此，本章要 求： 1學(xué)習(xí)法蘭、支座、人孔或手孔、安全附件標(biāo)準(zhǔn)的制定依 據(jù)。 2具體選用標(biāo)準(zhǔn)，逐步熟悉標(biāo)準(zhǔn)、手冊。 壓力容器法蘭連接 常用的可拆結(jié)構(gòu)有：法蘭連接、螺紋連接、插套聯(lián)接。 其中法蘭聯(lián)接有較好的強(qiáng)度和緊密型，且適用范圍廣，所以法蘭聯(lián)接用之最普遍。缺點(diǎn)是裝拆不方便，成本較高。 化工設(shè)備可拆結(jié)構(gòu)要求： 1保證緊密性：在工作壓力、溫度下不產(chǎn)生泄漏，密封可靠。 2足夠的強(qiáng)度：聯(lián)接可靠、結(jié)構(gòu)合理。 3便于拆裝。 成本低。 P0 一、法蘭連接的密封原理 組成 一對法蘭，數(shù)個螺栓和一個墊片（圈）組成。 法蘭：簡單說是一個圓環(huán)，上開螺栓孔，與筒體或管子焊在一起。 密封原理 我們知道，阻止壓力介質(zhì)泄漏的基本要求是：壓力介質(zhì)通過密封口處的阻力降大于密封口兩側(cè)的介質(zhì)壓力差。否則，介質(zhì)可能通過密封口向外界泄漏，即密封失敗。 密封原理分為兩個階段： （ 1）預(yù)緊階段 建立預(yù)緊密封條件 螺栓力通過法蘭壓緊力達(dá)到某一值時，借助于墊圈的變形，把法蘭密封面上的凹凸不平處填滿，這樣就建立了初始密封條件。達(dá)到預(yù)緊密封條件時，墊圈單位面積上的壓緊力稱為墊圈的預(yù)緊密封比壓 y。 圖 (b) 預(yù)緊時 圖 (c) 工作狀態(tài) （ 2）工作階段 建立工作密封條件 工作時，在介質(zhì)壓力作用下，螺栓受到進(jìn)一步拉伸，法蘭壓緊面沿著彼此分離的方向移動，密封面與墊圈的壓緊力下降。若墊圈具有足夠的回彈能力，能補(bǔ)償螺栓和壓緊面的變形，則預(yù)緊密封比壓就會下降到某一值 ——工作密封比壓，密封可靠。若墊圈的回彈能力不足，則預(yù)緊密封比壓下降到工作密封比壓之下，密封失效 ——泄漏。通常，實(shí)際工作壓力要小于工作密封比壓，這樣更安全。為此，我們定義墊圈系數(shù)： ? （ 1～ 6） ( ) = 1m 工 作 密 封 比 壓墊 圈 系 數(shù) 實(shí) 際 工 作 壓 力 預(yù)緊密封比壓 y表示墊片在預(yù)緊狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)密封的難易程度。 墊圈系數(shù) m表示墊片在工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)密封的難易程度。 m、 y與墊圈的材料、型式、厚度有關(guān)；一般由實(shí)驗(yàn)測知，不同墊圈的 m、 y可查有關(guān)表格。 根據(jù) m、 y及墊圈尺寸，我們可以計算螺栓力，設(shè)計螺栓尺寸及法蘭。 影響密封的因素 （ 1）螺栓預(yù)緊力 提高螺栓預(yù)緊力，可以增加墊片的密封能力； 減小螺栓直徑，增加螺栓個數(shù)，使得螺栓力均勻地作用在墊圈上，有利于密封； 螺栓太大，將墊圈壓壞擠出，密封失效。 （ 2）墊圈性能 墊圈變形能力好，有利于密封（與材料有關(guān)）； 墊圈的回彈能力好，有利于密封。 （ 3）壓緊面型式（密封面型式） 壓緊面又稱密封面，密封面越窄，密封性能越好，線密 封更好，但更換墊片困難。密封面不允許有徑向刀痕， 密封面光潔度要求（粗糙度）。 （ 4）法蘭剛度 與法蘭厚度、螺栓中心圓、法蘭外徑都 有關(guān)。增大厚度，減小螺栓中心圓，增大法蘭外徑都可 提高法蘭剛度，對密封有利。 （ 5）操作條件（溫度、壓力、介質(zhì)） 高溫介質(zhì)粘度小，易滲漏；高壓下，易滲漏。 二、法蘭受力分析 法蘭所受外力 （ 1）預(yù)緊時 (如右圖 a) T1：螺栓預(yù)緊力（沿螺栓圓周中心線等距 離分布） N1 ：墊片作用力，沿墊圈圓周均布 顯然， T1=N1，所以內(nèi)圈的 N1和外圈的 T1構(gòu)成了力偶作用在法蘭上。 （ 2）、工作時 (如右圖 b) T2 ：螺栓力 T2T1 N2 ：墊片反力 N2N1 Q ： 介質(zhì)壓力在筒壁上產(chǎn)生的軸向力 Q＋ N2＝ T2 T2與（ Q＋ N2）構(gòu)成力偶 M 法蘭力偶矩 法蘭在外力作用下，將產(chǎn)生力偶矩 M。 M的作用下的法蘭截 面發(fā)生轉(zhuǎn)動。由于殼體（接管）與法蘭的剛度不同，在聯(lián)接 邊緣將產(chǎn)生邊緣力及力矩 Q0、 M0，將產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力 和較小的剪力。法蘭設(shè)計時，彎曲應(yīng)力是主要的。如下圖所 示： 所以，法蘭設(shè)計應(yīng)盡量減小彎曲應(yīng)力： (1)減小外力矩的力臂，以縮小螺栓圓直徑； (2)增大法蘭厚度； (3)采用帶頸法蘭（如右圖）。 法蘭的三個應(yīng)力 對法蘭強(qiáng)度起主要作用的三個應(yīng)力都是彎曲應(yīng)力，而彎曲應(yīng)力的大小又與受彎構(gòu)件厚度的平方成反比，所以決定法蘭強(qiáng)度大小的關(guān)鍵尺寸是法蘭盤的厚度。 對于帶頸法蘭，增加頸的厚度對提高法蘭強(qiáng)度會有比增加法蘭盤厚度更好的效果。（ P249（ 3）） ( )cr ePEDo?? DoLDoeEPcr)(?? ( )cr eDo??三、法蘭分類 按墊片位置分： 窄面法蘭：墊片位于螺栓中心圓內(nèi)側(cè)（下圖 a） 寬面法蘭：墊片位于螺栓中心圓二側(cè)（下圖 b） (a) (b) 按用途分類： 壓力容器法蘭 JB/T4700～ 4707－ 2023 管法蘭 HGJ44～ 76－ 91 (老標(biāo)準(zhǔn) ) HG20592～ 20635－ 97(新標(biāo)準(zhǔn) ) 其中 HG20592～ 20614－ 97是對 HGJ44～ 76－ 91修訂、合并而成 ,歐洲體系； HG20615～ 20635－ 97美洲體系是以 ANSI 、。 按其整體性分類 （ 1）松式法蘭 法蘭未能有效地與容器或管子連接成一整體，計算中認(rèn)為容器接管不與法蘭共同承受法蘭力矩。典型的松式法蘭 ——活套法蘭。 （ 2）整體法蘭 法蘭盤、法蘭頸部及容器或管道三者能有效地連接成一個整體結(jié)構(gòu)，共同承受法蘭力矩。例：長頸對焊法蘭。 （ 3）任意式法蘭 介于上述二者之間，法蘭盤與筒體焊接。計算時，根據(jù)具體情 況，可用整體法蘭計算，也可用松式法蘭方法計算。例：平焊法 蘭（甲、乙型平焊法蘭）。在上述分析的基礎(chǔ)上，目的在于合理 的選用標(biāo)準(zhǔn)法蘭。 按密封面分類 （ 1）平面 （ 2）凹凸面 （ 3）榫槽面 2. 50() ( ) eDoEE LDDo?? ?eDLD??eD??四、壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（ JB／ T4700～ 4707－ 2023） 1壓力容器法蘭類型 NN JB /T D m m P t 350 JB /T 4702 2023 ??甲 型 平 焊 法 蘭 4701 － 2023法 蘭 盤 與 殼 體 不 能 很 好 受 力 ，適 用 于 筒 徑 小 、 低 壓 場 合2023 ， ～ ， ℃平 焊 法 蘭乙 型 平 焊 法 蘭 －容 器 法 蘭NN D m m P at JB /T ??????????????法 蘭 盤 ＋ 圓 柱 短 節(jié) ， 受 力 較 好 ，適 用 于 較 大 直 徑 ， 較 高 壓 力 的 場 合300 ～ 3000 ， ～ ， 350 ℃對 焊 法 蘭 : 長 頸 對 焊 法 蘭 4703 － 2023（ 增 厚 短 頸 代 替 了 乙 型 法 蘭 的 短 節(jié) ）N N P MP a D m m t????????????????????適 用 于 ～ ， 300 ～ 2023 ， 450 ℃2法蘭的結(jié)構(gòu) 密封面的型式有三種： (1)平面密封面 適用于低壓且介質(zhì)無毒場合，有時在平面上開設(shè) 2～ 3條溝槽，可以設(shè)計成 PⅠ 、 PⅡ 、 PⅢ 型。