法兰联结 (2)

法兰联接一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理二、法兰的分类二、法兰的分类三、影响法兰密封的因素四、垫片一、法兰联接结构与密封原理一、法兰联接结构与密封原理o法兰联接结构是一个组合件，是由一对法兰，若干螺栓、螺母和一个垫片所组成。下图中的（a）是管子法兰联接整体结构装配图，图(b)为设备法兰的剖面图。在实际应用中，压力容器由于联接件或被联接件的强度破坏所引起法兰密封失效是很少见的，较多的是因为密封不好而泄漏。故法兰联接的设计中法兰联接的设计中主要解决的问题是防止介质泄漏主要解决的问题是防止介质泄漏。法兰密封的原理o法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于密封面之间的垫片压紧。施加于单位面积上的压力（压紧应力）必须达到一定的数值才能使垫片变形而被压实，密封面上由机械加工形成的微隙被填满，形成初始密封条件。所需的这个压紧应力叫垫片密封比压力，以y表示，单位为MPa。密封比压力主要决定于垫片材质。显然，当垫片材质确定后，垫片越宽，为保证应有的比压力，垫片所需的预紧力就越大，从而螺栓和法兰的尺寸也要求越大，所以法兰联接中垫片不应过宽，更不应该把整个法兰面都铺满垫片。当设备或管道在工作状态时，介质内压形成的轴向力使螺栓被拉伸，法兰密封面沿着彼此分离的方向移动，降低了密封面与垫片之间的压紧应力。如果垫片具有足够的回弹能力，使压缩变形的回复能补偿螺栓和密封面的变形，而使预紧密封比压值至少降到不小于某一值(这个比压值称为工作密封比压)，则法兰密封面之间能够保持良好的密封状态。反之，垫片的回弹力不足，预紧密封比压下降到工作密封比压以下，甚至密封处重新出现缝隙，则此密封失效。因此，为了实现法兰联接处的密封，必须使密封组合件各部分的变形与操作条件下的密封条件相适应，即使密封元件在操作压力作用下，仍然保持一定的残余压紧力。为此，螺栓和法兰都必须具有足够大的强度和刚度，使螺栓在容器内压形成的轴向力作用下不发生过大的变形。二、法兰的分类二、法兰的分类法兰的分类o按密封面的形式分o突面（突面（RF）表面是一个光滑的平面，也可车制密纹水线。密封面结构表面是一个光滑的平面，也可车制密纹水线。密封面结构简单，加工方便，且便于进行防腐衬里。但是，这种密封面垫片接触简单，加工方便，且便于进行防腐衬里。但是，这种密封面垫片接触面积较大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。面积较大，预紧时垫片容易往两边挤，不易压紧。o 凹凸面（凹凸面（MFM）密封面是由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹密封面是由一个凸面和一个凹面相配合组成，在凹面上放置垫片，能够防止垫片被挤出，故可适用于压力较高的场合。面上放置垫片，能够防止垫片被挤出，故可适用于压力较高的场合。o榫槽面榫槽面(TG)密封面是由榫和槽所组成的，垫片置于槽中，不会被挤动。密封面是由榫和槽所组成的，垫片置于槽中，不会被挤动。垫片可以较窄，因而压紧垫片所需的螺栓力也就相应较小。即使用于垫片可以较窄，因而压紧垫片所需的螺栓力也就相应较小。即使用于压力较高之处，螺栓尺寸也不致过大。因而，它比以上两种密封面均压力较高之处，螺栓尺寸也不致过大。因而，它比以上两种密封面均易获得良好的密封效果。密封面的缺点是结构与制造比较复杂，更换易获得良好的密封效果。密封面的缺点是结构与制造比较复杂，更换挤在槽中的垫片比较困难。此外，榫面部分容易损坏，在拆装或运输挤在槽中的垫片比较困难。此外，榫面部分容易损坏，在拆装或运输过程中应加以注意。榫槽密封面适于易燃、易爆、有毒的介质以及较过程中应加以注意。榫槽密封面适于易燃、易爆、有毒的介质以及较高压力的场合。当压力不大时，即使直径较大，也能很好地密封。高压力的场合。当压力不大时，即使直径较大，也能很好地密封。全平面（全平面（FF）与环连接面（与环连接面（RJ）全平面密封适合于压力较小的场合全平面密封适合于压力较小的场合（PN1.6MPa）；）；环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力范围为环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力范围为（6.3MPaPN25.0MPa）。）。（一）整体法兰o平焊法兰（图(a)、(b)）法兰盘焊接在设备筒体或管道上，制造容易，应用广泛，但刚性较差。法兰受力后，法兰盘的矩形截面发生微小转动，见下图，与法兰相联的筒壁或管壁随着发生弯曲变形。于是在法兰附近筒壁的截面上，将产生附加的弯曲应力。所以平焊法兰适用的压力范围较低（PN4.0MPa）。对焊法兰（图(c)）对焊法兰又称高颈法兰或长颈法兰。颈的存在提高了法兰的刚性，同时由于颈的根部厚度比筒体厚，所以降低了根部的弯曲应力。此外，法兰与筒体（或管壁）的联接是对接焊缝，比平焊法兰的角焊缝强度好，故对焊法兰适用于压力、温度较高或设备直径较大的场合。（二）松式法兰oo松式法兰的特点是法兰未能有效地与容器或管道连接成一整体，不具有整体式连接的同等强度，如上图所示。由于法兰盘可以采用与设备或管道不同的材料制造，因此这种法兰适用于铜制、铝制、陶瓷、石墨及其非金属材料的设备或管道上。另外，这种法兰受力后不会对筒体或管道产生附加的弯曲应力，这也是它的一个优点，但一般只适用于压力较低的场合。（三）任意式法兰oo任意式法兰其整体性介于整体法兰和松式法兰之间，包括未焊透的焊接法兰。o按形状：o圆形法兰是最常见的，方形法兰有利于把管子排列紧凑，椭圆形法兰通常用于阀门和小直径的高压管子上。三影响法兰密封的因素o影响法兰密封的因素是多方面的。主要有：螺栓预紧力；密封面型式；垫片性能；法兰刚度；操作条件。o螺栓预紧力o螺栓预紧力是影响密封的一个重要因素。预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件。同时，预紧力也不能过大，否则将会使垫片被压坏或挤出。由于预紧力是通过法兰密封面传递给垫片的，要达到良好的密封，必须使预紧力均匀地作用于垫片。因此，当密封所需要的预紧力一定时，采取增加螺栓个数、减小螺栓直径的办法对密封是有利的。o密封面o法兰联接的密封性能与密封面型式有直接关系，所以要合理选择密封面的形状。法兰密封面型式的选择，主要考虑压力、温度、介质。压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点见法兰密封面对比表所示。法兰标记与标记法兰标记与标记o美洲法兰体系：美国ANSIB16.5钢制管法兰及法兰管件oa、公称压力：150psi（2.0Mpa），300psi（5.0Mpa），400psi（6.8Mpa），600psi（10.0Mpa），900psi（15.0Mpa），1500psi（25.0Mpa），2500psi（42.0Mpa），ob、公算通径：64000mmo国家标准标记：法兰应按公称通径、公称压力、密封面形式代号、配用的钢管系列代号（配用米制管代号为“系列2”，配用英制管不标记）和标准编号进行标记。o1）公称压力：0.25Mpa42.0Mpaoa、系列1：PN1.0,PN1.6,PN2.0,PN5.0,PN10.0,PN15.0,PN25.0,PN42（主系列）ob、系列2：PN0.25,PN0.6,PN2.5,PN4.0o标记示例：公称通径80mm、公称压力4.0MPa（25bar）的凸面对焊钢制管法兰（配用米制管）o法兰DN80PN40M（系列2）GB/T9115.22000o公称通径100mm、公称压力5.0MPa（25bar）的突面带颈平焊钢制管法兰（配用英制管）o法兰DN100PN50RFGB/T9116.12000oA1052150LB四、垫片o密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。静密封主要是应用各种热诚片，将其夹在压力容器或管子法兰原则问题，或机械零件的结合面间，用螺栓、螺母把紧，以防止流体泄漏的零件。非金属垫片o1、纸垫和软木垫o纸质垫片有油纸板和硬纸板，适用于常压，温度在100以内，多用于润滑油箱等常温常压的部位，用小的坚固力就能达到密封的目的。o软木垫片的特证是变形后有恢复的能力，用小的坚固力就可以达到密封的目的，用于粗糙的表面和平行度较差的情况。o2、橡胶垫o分为天然橡胶、合成橡胶、硅橡胶材料，应用比较广泛，适用于石油、天然气、酸和碱等，由于受材料的限制，不能用于高温高压的部位。o3、石棉垫o石棉垫是在石棉纤维中混合天然橡胶或合成橡胶作粘结剂，用加热辊轧加硫制成。o它即保持石棉的耐热性、柔软性，还增加了弹性，可用于水处理、蒸汽、空气、天然气、酸和油等，最高使用温度为500,jbymawtdflto50MPa,o4、聚四氟乙烯o它具有耐热耐寒、而天候、耐化学药品等优点，使用温度计-150200之间，在高温时它有滑移现象，不能用在高温场合。半金属垫片o1、包复垫片包复垫片是在软的石棉板、聚四氟乙烯等外面包一层软钢、铜、不锈钢、钛镍等薄金属板（0.2mm0.3mm）总厚3mm。o2、缠绕垫片将V型的不锈钢带和石棉纸重叠起来卷紧，适用于高温、高压、条件急剧变化的场合。金属垫片o1、平垫用软钢（10#、20#）、纯铁、铜、铝铅等金属板加工而成，用于高温、高压的阀中法兰、往复压缩机、泵、等部位。o2、锯齿形（波形）垫片是为了提高密封性能，在金属表面加工出很多的同心园，使有效接触面积减小。o3、环形垫片环形垫片的截面是椭圆形或八角形，广泛的应用在高温高压的蒸汽、混合气、高压反应器等部位，特点是可以重复利用。O型密封圈oO型密封圈简称O型圈，开始出现在19世纪中叶，当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。O型橡胶密封圈有如下的优点：o1、密封部位结构简单，安装部位紧凑，重量较轻；o2、有自密封作用，往往只用一个密封件便能完成密封；o3、密封性能较好，用作静密封时几乎可以做到没有泄漏；o4、运动摩擦阻力很小，对于压力交变的场合也能适应；o5、尺寸和沟槽已标准化，成本低，便于使用和外购。部分垫片图例润滑基础o一、润滑o二、润滑油指标o三、润滑油管理的基本要求一、润滑o1、什么叫润滑？所谓的润滑，是在具有相对运动的二个物体接触表面间，加入第三种物质（润滑剂）将二个接触面隔开，用该物质的内部摩擦代替两接触物体之间的摩擦。o2、润滑的作用是什么？润滑的作用是减小摩擦磨损，提高机械零件的寿命，提高机械效率，还起到冷却、冲洗、减振、防蚀的作用。一、润滑o3、什么叫润滑剂？润滑剂就是能在相对运动的工作表面之间起减少摩擦系统，降低磨损的介质。o4、润滑剂有几种类型？润滑剂主要有润滑油、润滑脂和固体润滑剂三种类型二、润滑油指标o1、什么叫粘度？粘度就是润滑剂流动时的内摩擦力。粘性流体在流动时，流层间产生阻力，彼此相对运动的摩擦力的性质叫粘性，粘性的大小用粘度来表示。即粘度就是表征润滑剂分子间受外力作用产生相对运动发生内摩擦阻力的大小。粘度分为运动粘度、动力粘度和条件粘度三种。动力粘度表示液体在一定的切应力下流动时内摩擦力的量度，单位是Pa.s。运动粘度是液体在重力作用下流动时的内摩擦力的量度，单位是m2/s，它是液体动力粘度与同温度下密度之比。条件粘度也叫相对粘度，采用短管粘度计测定，常用的有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度。润滑油指标o2、什么叫油性？相同的温度、压力、材料副、表面状态下，不同润滑剂在从属表面上吸附能力是不同的，这种吸附能力称为油性。o3、油性和粘度有什么区别？油性和粘度不是一个概念，粘度大，油性不一定大；油性大，粘度不一定大。油性表征油在金属表面的吸附能力，粘度表征的是油内部的摩擦力。润滑油指标o4、什么是闪点？把油放在一定的容器中加热，其蒸汽与空气形成的混合气能与火焰接触瞬间而发出闪火的最低温度是闪点。o5、什么是酸值？酸值就是中和1g润滑油中的酸性物质所需的KOH的mg数，又称中和值。o6、什么是水份？对润滑油有什么危害？润滑油中水份是指油中含水量的质量百分比，油中的水主要来源于污染，水份能加速油的老化，使金属腐蚀、产生泡沫，使供油中断，工作不稳定，也有可能使添加剂分解，产生分层和乳化。o7、什么是润滑油的机械杂质？机械杂质是存在于润滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶剂的沉淀物或胶状悬浮物。三、润滑油管理的基本要求o1、什么是润滑的“五定”？所谓的“五定”，这指定点、定质、定量、定期、定人。定点：明确每台设备的润滑部位和润滑点，保持清洁完整。定质：按设备操作规定用油（脂），所用油（脂）必须检验合格，润滑油具必须保持清洁。定量：每台设备都有明确的额定用油量。定期：按油品牌号的技术要求，定期进行加换油。定人：明确对设备日常加换油的分工，确定专职润滑管理人员。o2、什么是“三滤”？三滤的目的是除去油中的杂质，保证油的质量，三滤有二方面的含义：一是润滑油从大桶到小要过滤；小桶到油壶要过滤，油壶到注油点要过滤。二是滤油到滤油机到滤油机出口到油箱。