6章教案容器零部件化工機(jī)械與設(shè)備

1、1,6.1 法蘭連接 5.1.1.法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理 1.連接結(jié)構(gòu)：,第六章 壓力容器零部件設(shè)計,2,法蘭連接結(jié)構(gòu)（外觀）,3,法蘭連接結(jié)構(gòu)（剖開看）,4,2.法蘭密封原理,法蘭密封面泄漏的原因： 密封墊表面與法蘭密封面之間有空隙,或截面內(nèi)有毛細(xì)管泄漏通道。 密封面兩側(cè)介質(zhì)有壓差推動力。 從法蘭密封連接過程看其密封原理： （1）安裝過程擰緊螺栓,墊片被壓緊（墊內(nèi)毛細(xì)管被切斷；消除了與法蘭密封面之間的空隙）。 墊片單位面積上所受的壓緊力，稱為墊片密封比壓。 當(dāng)墊片密封比壓達(dá)到某一值時，便具備了初始密封條件，此時的比壓稱為預(yù)緊密封比壓。,5,（2）工作條件下介質(zhì)壓力和溫度均升高。,螺栓被拉伸，

2、法蘭變形，法蘭密封面相對有分離趨勢。致使墊片比壓下降。 墊片回彈，補償或部分補償了法蘭分離的位移。 此時的殘余比壓若不小于某一值（稱為工作密封比壓），仍可保持良好密封狀態(tài)。否則，將發(fā)生泄漏。,6,看看法蘭連接的工作過程,7,6.1.2.法蘭分類,1.整體法蘭法蘭與設(shè)備或管道不可拆卸。 1）平焊法蘭板式平焊法蘭，帶頸平焊法蘭,8,板式平焊管法蘭,2）.對焊法蘭,9,2.松套法蘭,平焊環(huán)松套板式,翻邊松套板式,10,3.螺紋法蘭法蘭與設(shè)備或管道之間以螺紋連接。,11,6.1.3 影響法蘭密封的因素,因素1.螺栓預(yù)緊力 大小合適。 墊片受力均勻。螺栓采取小直徑多數(shù)量(四的倍數(shù)）。 對稱擰緊的方法。,

3、12,因素2.法蘭密封面形式,13,因素3. 墊片性能,墊片密封面的塑性變形能力 實現(xiàn)初始密封； 墊片材料及結(jié)構(gòu)的回彈能力 提高工作狀態(tài)下的殘余密封比壓。 耐腐蝕能力。 力學(xué)性能，尤其抗高溫蠕變能力。 工作溫度下的變質(zhì)硬化或軟化性。,14,看看墊片壓縮回彈性能試驗,15,墊片類型：,16,17,18,19,20,21,因素4.法蘭的剛度 法蘭在外力作用下抵抗變形的能力。 剛度小受力後變形大，墊片受力不均，易泄漏。,法蘭受力：,思考：法蘭將如何變形？,22,法蘭變形1:,法蘭軸向翹曲變形,23,法蘭變形2,法蘭環(huán)向翹曲變形,24,如何提高 法蘭剛度？,增加法蘭厚度； 減小螺栓力與墊片力作用點間距

4、離； 增大法蘭盤外徑； 螺栓數(shù)量要足夠。,25,因素五.操作條件,壓力高介質(zhì)泄漏的推動力大。 溫度高 介質(zhì)的粘度低，滲透性強(qiáng)，容易泄漏； 介質(zhì)的腐蝕性能增強(qiáng)； 法蘭、螺栓及墊片易發(fā)生蠕變，墊片比壓下降； 非金屬墊片易發(fā)生老化，喪失塑性。 溫度壓力聯(lián)合作用，并且反復(fù)波動，墊片容易發(fā)生“疲勞” 失效。,26,6.1.4 法蘭標(biāo)準(zhǔn),1.壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn),1）甲型平焊法蘭,27,2）乙型平焊法蘭,3）長頸對焊法蘭,28,壓力容器法蘭的選用,確定法蘭連接尺寸的基本參數(shù)： 公稱壓力（PN）和公稱直徑（DN)。 .公稱直徑的確定： 管法蘭與相聯(lián)接管子的公稱直徑相同； 壓力容器法蘭 板卷筒體，與相聯(lián)接筒體的公

5、稱直徑相同； 無縫鋼管作筒體，與相聯(lián)接無縫管的公稱直徑相同。,29,法蘭公稱壓力的確定：,.公稱壓力的確定： 基準(zhǔn)：以16MnR在 200時的力學(xué)性能為基準(zhǔn)確定法蘭尺寸系列。 即基準(zhǔn)條件下，法蘭的最大允許操作壓力為該法蘭的公稱壓力。,30, 確定壓力容器法蘭PN JB4700-92(見書P160,161,P331),（1）.壓力容器法蘭材質(zhì)為20R，300 時設(shè)計壓力為1.0MPa。其公稱壓力應(yīng)該為多少？(P160) （2）管法蘭材質(zhì)為Q235-A,選用PN=0.6MPa，問300時能否承受0.4MPa的工作壓力？(查得值為0.36,董大勤),判斷一下：,31,壓力容器法蘭設(shè)計步驟：,（1）確

6、定DN; （2）根據(jù)法蘭材質(zhì)、工作溫度和最高工作壓力，確定PN； （3）由PN,DN確定法蘭形式及連接尺寸、螺栓尺寸及數(shù)量。 （4）根據(jù)介質(zhì)工作溫度、工作壓力確定密封面及墊 片類型； （5）確定螺栓、螺帽材質(zhì)； （6）繪制草圖。,32,2.管法蘭,管法蘭標(biāo)準(zhǔn)： 1）HG205922063597 鋼制管法蘭、墊片、緊固件 2）GB91129123 鋼制管法蘭 注：壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程推薦1）。,33,a.板式平焊,HG20592-97 管法蘭類型：,b.帶頸對焊法蘭,34,c.帶頸平焊,d.承插焊,e.平焊環(huán)松套板式,f.翻邊松套板式,35,g.螺紋法蘭,方法蘭,橢圓形法蘭,h.法蘭蓋,36

7、,例題為一臺精流塔配一對連接塔身與封頭的法蘭。塔的內(nèi)徑為1000mm,操作溫度為280，設(shè)計壓力為0.2MPa。塔體材質(zhì)為Q235-B。介質(zhì)無腐蝕性及其他危害。,解：1.確定DN DN=1000mm（板卷筒體）。 2.確定PN 法蘭材質(zhì)也采用Q235-BR,根據(jù)操作溫度（ 280C）及設(shè)計壓力（0.2MPa)，查溫度/壓力表（JB4700-92),得PN=0.6(MPa) (P160)。 3.由DN和PN，查尺寸標(biāo)準(zhǔn)JB4701-92,確定連接尺寸及螺栓的規(guī)格數(shù)量(P335)。,螺栓M20 ,36個,37,4.確定密封面形式及墊片。 查表6-1，確定采用平形密封面，墊片采用耐油橡膠石棉墊。墊片

8、尺寸由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確定。表6-3 給出參考寬度值：20mm。 5.確定螺栓螺帽材質(zhì)。由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)查得。表6-6給出參考值：螺栓螺母均為Q235-A。 6.繪草圖。,螺栓M20 ,36個,38,6.2 容器支座,作用：支撐容器的重量；固定位置。 6.2.1 臥式容器支座 種類：,鞍座,圈座,支腿,雙鞍式支座,39,1).支座反力計算,每一支座的反力：F=mg/2 式中 mg設(shè)備總重。 2).筒體軸向彎矩哪里較大？,支座處(2-2截面） 彎矩為負(fù)，橫截面的上部受拉，下部受壓 兩支座中間處（1-1截面）： 彎矩為正橫截面上部受壓，下部受拉。,筒體受壓處可能出現(xiàn)何種破壞形式？方向如何？,40,3).筒體的軸

9、向應(yīng)力計算,在跨距中點：載荷介質(zhì)壓力，彎矩。,在支座處：當(dāng)ARm/2時，封頭有支撐作用，保持筒體的圓形，保證了局部剛度。,“”上部為負(fù)，“+”下部為正。,41,4).筒體軸向應(yīng)力的驗算,判據(jù)：,B值得計算： 1）由Rm和Se計算A:,2）由A，依據(jù)材料線求B值； 3）如A在材料線左側(cè)，由下式計算：,42,5）雙鞍式支座的結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn),（1）結(jié)構(gòu),43,材質(zhì)：墊板與筒體相同，其它-Q235-A.F 。,44,（2）鞍座標(biāo)準(zhǔn)及其標(biāo)記,鞍座分為輕型（A）和重型（B）（BB）。 固定式F型； 活動式S型。 標(biāo)準(zhǔn)號：JB/T4712-92 . 鞍座標(biāo)記： JB/T4712-92 鞍座 型號公稱直徑-F或

10、S 例如：DN2600的輕型鞍座標(biāo)記為 JB/T4712-92 鞍座A2600-F JB/T4712-92 鞍座A2600-S,45,6).鞍座的位置A的確定： ADo/4,且不大于0.2L。最大不大于0.25L。,L封頭赤道圓（切點）間的距離。 A赤道圓至支座中心線間的距離。 思考：在施工圖上，L,A標(biāo)注在赤道圓上，可否？,46,6.2.2 立式容器支座,1.耳式支座,2.裙座,3.懸掛式支座,4.支撐式支腳,47,6.3 容器的開孔補強(qiáng),6.3.1.容器開孔應(yīng)力集中現(xiàn)象 開孔處出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)為： K=實際/膜 其大小為多少？見平板開孔試驗測試：,實測結(jié)果：K3 即應(yīng)力集中點的實

11、際應(yīng)力大約為膜應(yīng)力的3倍。,48,6.3.2.開孔補強(qiáng)原則與補強(qiáng)結(jié)構(gòu),1.開孔補強(qiáng)原則： 等面積補強(qiáng)。 即規(guī)定局部補強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開孔減去的殼體截面積。,（1）補強(qiáng)圈結(jié)構(gòu) 材質(zhì)厚度一般與殼體相同； 補強(qiáng)圈要與殼體、接管很好地焊接，以同時受力。 補強(qiáng)板上有一個M10小孔，用以檢查焊縫缺陷；名曰泄漏信號孔。,2.補強(qiáng)結(jié)構(gòu)：,49,若須補強(qiáng)的接管較多，可采取增加殼體壁厚的辦法，也稱為整體補強(qiáng)。,（2）加強(qiáng)元件結(jié)構(gòu),（3）整體補強(qiáng)結(jié)構(gòu),50,3.不另行補強(qiáng)的最大開孔直徑,同時滿足如下要求的，可不另行不強(qiáng)： （1）殼體設(shè)計壓力p2.5MPa; （2）兩相鄰孔中心距不小于兩孔直徑之和； （3

12、）接管的外徑不大于89mm； （4）接管的最小壁厚滿足下表要求：,51,6.3.3.等面積補強(qiáng)的設(shè)計方法,1. 開孔有效補強(qiáng)范圍及補強(qiáng)面積的計算 等面積補強(qiáng)補強(qiáng)的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。 圖上看，應(yīng)該考慮的截面是強(qiáng)度削弱較大的截面 軸（縱）向截面的面積：,52,B=2d d=接管內(nèi)徑+2C (C=C1+C2),53,等面積補強(qiáng)，縱截面上的投影面積要滿足下式： A1+A2+A3A A1殼體的貢獻(xiàn)（有效壁厚減去計算壁厚部分）； A2接管的貢獻(xiàn)（有效壁厚減去計算壁厚部分）； A3焊縫金屬截面積; A殼體上需要補強(qiáng)的截面積。（表6-20 P179）,54,在補強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)， 設(shè) Ae =A1+A2+A3 如果Ae A ,則無需補強(qiáng)；,如果Ae A ，則需要補強(qiáng)。 補強(qiáng)面積為 A4=A- Ae,55,2.開孔補強(qiáng)設(shè)計步驟：,（1）確定殼體及接管的計算壁厚S和St ,C、C2以及d ； （2）確定有效寬度B和高度h1 、h2 ； （3）計算A1、 A2、A3和A ； （4）比較Ae (=A1+A2