-法兰盘设计要点

Hefei University 《化工机械与设备》过程考核之二《化工机械与设备》过程考核之二 ——常用零部件设计——常用零部件设计 题 目： 系 别： 班 级： 姓 名： 学 号： 队 别： 队 员： 教 师： 日 期： 1Mpa1Mpa 旋风分离器的法兰设计与选型旋风分离器的法兰设计与选型 化学材料与工程系化学材料与工程系 0909 化工（化工（1 1）） 09030210130903021013 Team 7Team 7 李岩（队长）李岩（队长） 、刘少成、汤成、吕由、贺朋成、刘少成、汤成、吕由、贺朋成 胡胡 科科 研研 2011-12-202011-12-20 目录目录 1 1、概述、概述 2 2 2、法兰的工艺设计、法兰的工艺设计 3 2.12.1 压力容器法兰的分类压力容器法兰的分类3 2.22.2 法兰的标准法兰的标准.4 2.32.3 法兰的选用法兰的选用.4 3 3、法兰的机械设计、法兰的机械设计 5 3.13.1 螺栓的选择螺栓的选择.6 3.23.2 垫片的选择垫片的选择7 3.33.3 法兰的应力校核法兰的应力校核8 4 4、、总结 总结 .9 参考文献参考文献 9 附图附图 10 1 1、概述、概述 法兰就是使管子与管子相互连接的零件， 连接章丘法兰于管端。法兰上有孔 眼，螺栓使两法兰紧连。法兰间用衬垫密封。法兰管件(flanged pipe fittings) 指带有法兰(突缘或接盘)的管件。 它可由浇铸而成， 也可由螺纹连接或焊接构成。 法兰是一种盘状零件，在管道工程中最为常见，法兰都是成对使用的。 在 管道工程中， 法兰主要用于管道的连接。在需要连接的管道，各种安装一片法 兰盘，低压管道可以使 用丝接法兰，4公斤以上压力的使用焊接法兰。两片法兰 盘之间加上密封点，然后用螺栓 紧固。不同压力的法兰有不同的厚度和使用不 同的螺栓。 法兰连接是管道施工的重要连接方式。法兰连接(flange，joint)由一对法 兰、 一个垫片及若干个螺栓螺母组成。 垫片放在两法兰密封面之间， 拧紧螺母后， 垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使连 接严密不漏。 法兰连接是一种可拆连接。 按所连接的部件可分为容器法兰及管法； 按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。常见的整体法兰有平焊法兰 及对焊法兰。平焊法兰的刚性较差，适用于压力 p≤4MPa 的场合；对焊法兰又称 高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。法兰密封面的型式有三种： 平面型密封面，适用于压力不高、介质无毒的场合；凹凸密封面，适用于压力稍 高的场合；榫槽密封面，适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。 法兰分螺纹法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法兰，高压和低压大直径都 是使用焊接法兰， 不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。根 据压力的不同等级，法兰垫也有不同材料，从低压石棉垫、高压石棉垫到金属垫 都有 。 法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。 在工业管道中，法兰连接 的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。如果 在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。 2 2、法兰的工艺设计、法兰的工艺设计 按照设计条件(操作温度、操作压力)以及计算选取的公称直径选取法兰类 型。 2.12.1 压力容器法兰的分类压力容器法兰的分类 压力容器法兰分平焊法兰与对焊法兰两类： ①、平焊法兰 法兰盘焊接在设备筒体或管道上，结构简单、制造容易、应用广泛，但法兰 整体程度比较差，刚性也较差。所以，适用于压力不太高的场合(公称压力 PN6.4mm 时， 由于螺栓载荷和内压的作用使法兰发生 偏转， 靠近垫片外径处压紧力较靠近内径处压紧力要大，为此垫片能起到有效密 封作用的宽度只能是基本密封宽度的一部分，称为有效密封宽度 b，GB150 规定 如下：当 bo6.4mm 时，b=2.53 b o 。 ⑤、最小垫片宽度 垫片在法兰预紧时承受最大的压紧力作用。 为避免垫片发生过度压紧所需的 最小宽度称为最小垫片宽度，以N min 表示。 ⑵、垫片参数 反应垫片特性的参数是比压力和垫片系数 ①、垫片比压力 在预紧螺栓力作用下，使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处，消除泄露通 道， 为此在单位垫片有效密封面积上应有足够的压紧力。 此单位面积上的压紧力， 称为垫片的密封比压力， 用 y 表示。 不同的垫片有不同的比压力。 垫片材料愈硬， y 愈高。 ②、垫片系数 在临界泄露时，垫片单位面积比压的剩余值与密封压力 p 的比值为垫片系数 m。 ⑶、垫片压紧力的确定 A、预紧工况垫片压紧力 垫片预紧工况所需的最小压紧力 为垫片有效密封面积乘以单位密封面积上所需的压 紧力 y，即 B、操作工况垫片压紧力 F a F G  2 πD Gby 垫片操作工况所需的最小压紧力F p 为“垫片面积”乘以单位面积上所需的压力，即 F p  2 πD Gbm p c 根据以上工艺设计及机械设计选取的法兰类型、 垫片的种类和操作温度，按 照《化工设备机械基P291表 14-6》标准，选取法兰垫片为非金属软垫片，宽度为 17.5mm。 3.33.3、法兰的应力校核、法兰的应力校核 (1)锥颈上与法兰连接处的轴向弯曲应力  H  fM O  1 2D i (2)法兰环上的径向应力  R  (1.33 f e1)M O  f 2D i YM OZ R 2 f D i (3)法兰环上的切向应力  T  法兰的最大轴向应力位于锥颈的大端或小端， 一方面它是沿截面线性分布的 纯弯曲应力， 另一方面具有局部的性质，小量屈服不会对法兰环密封部位的变形 产生较大影响而导致泄漏，所以采用极限载荷设计法，取 1.5 倍材料许用应力作 为它的最大允许应力。   tt轴向应力 H 1.5[ ] f 与2.5[ ] n 之小值  t径向应力 R [ ] f   环向应力 T [ ] f t    H  T t组合应力[ ] f 2    H  R t[ ] f  2 法兰的最大径向应力位于环板内边缘与锥颈的连接处， 为弯曲应力和拉伸应 力。 法兰的最大环向应力位于环板内边缘靠密封面处， 亦为弯曲应力和拉伸应力。 但如果允许颈部有较高的应力(超过材料屈服极限)， 则颈部的载荷因应力重新分 配会传递到法兰环，而导致法兰环材料部分屈服，故对锥颈和法兰环的应力平均 值也须加以限制。例如若达到 1.5 倍许用应力，或只允许 0.5 倍许用应力。 4.4.总结总结 这次化工设备设计我主要负责法兰的设计，通过学习，我了解到在设计法 兰时， 不可忽略的是法兰连接结构的强度和密封性，而密封性对法兰来说更为重 要。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。在工业管道中，法兰连接 的使用十分广泛。在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。 如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。 在这次设计过程中，我了解自己在综合能力方面还是有些欠缺，但是自己 单独设计模具的能力以及运用知识的能力还可以， 通过这次设计