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液壓法蘭連接設計的一般考慮

發表時間:2021-10-16 10:59

液壓法蘭連接設計的一般考慮
   法蘭連接是過程裝備中低壓設備、管道和閥門中應用最廣泛的可拆連接,這種由墊片法蘭一螺栓組成的結構的力學和密封行為比其他機械構件復雜,因為它受到許多因素的影響以致工作時的性能很難預測或解釋。首先螺栓和螺母之間的摩擦關系復雜,依靠普通的擰緊工具,不可能精確地控制與預測螺栓的預緊載荷;其次,這些性能受到各個零件彈性的制約,尤其存在墊片時。整個結構表現出彈塑性行為。墊片像彈簧(非線性),螺栓則像拉簧,法蘭浮動在兩個彈簧之間,也像一個轉動彈簧,這種系統顯然是靜不定的,因此問題變得更加復雜了。如此的彈簧系統又承受著多種載荷,如螺栓力、墊片反作用力和流體壓力,還可能有與之相連設備或管道的反作用力(如重量、熱膨脹等),這些力最終使法蘭受到一外加彎矩的作用,在彎矩的作用下,法蘭發生彎曲變形與角變形。因此設計的一般目的是對于已知的墊片特性,確定法蘭和螺栓等結構的安全、經濟尺寸。同時整個系統達到規定的密封度要求。即    結構完整性―整個結構的機械或熱應力必須在材料允許范圍內
   連接緊密性―墊片應力必須使整個接頭的泄漏率在允許范圍內。

    而以上條件必須滿足如下的載荷條件    ①初始擰緊螺栓時的裝配或預緊載荷    ②1.25或1. 5倍設計壓力的液壓試驗載荷    ③正常操作載荷(例如壓力和溫度載荷)。

        根據應用場合,還必須考慮
   ①其他外載荷,如軸向或彎曲載荷管道重量和熱膨脹   
②螺栓預緊載荷的不確定性,如按不同的方法預緊螺栓發生的螺栓載荷可能有士或更大的誤差    ③瞬時熱沖擊,如驟然加熱或冷卻    ④因循環載荷引起的疲勞 ⑤腐蝕將減小材料的有效厚度    ⑥蟠變,包括法蘭、螺栓和墊片的蠕變,所有都將減少墊片應力。

        顯然,作為起密封作用的墊片在整個連接系統中是關鍵的元件。在設計墊片法蘭連接時,任何一個元件的設計既相互聯系又相互制約,例如墊片的結構形式和材料的選擇合理與否,直接影響螺栓尺寸的大小與經濟性,法蘭結構尺寸確定好壞,影響到結構的剛度和緊湊性,它們之間的相互協調將最終決定了連接的密封性。

        法蘭連接標準
   法蘭是通用的機械零件,對常用的法蘭已經標準化。在過程裝備中,無論是容器和設備法蘭,還是管道法蘭,國內外已經形成了包括法蘭、墊片和螺栓的系列化的標準體系。

        (1)法蘭類型
   法蘭類型主要根據用途分為容器法蘭和管道法蘭兩類,根據法蘭密封面的寬窄分為寬面法蘭和窄面法蘭;根據制造材料分為金屬法蘭和非金屬法蘭兩類,其中前者又分成鋼制法蘭、鑄鐵法蘭、有色金屬法蘭;根據形狀分為圓形、矩形、橢圓形;根據與容器或管道的連接方式分焊接結構和非焊接結構等。本節主要介紹鋼制圓形容器法蘭和管道法蘭。盡管各種法蘭標準中的具體法蘭結構型式不盡相同,按照國際標準化組織頒布的“金屬法蘭一鋼法蘭”標準,將法蘭類型分為11種,國內外其他法蘭標準中的法蘭結構一般都在上述類型中有所取舍。上述焊接結構中除板式平焊法蘭外,由于用一錐形短頸加強法蘭環,而錐頸小端再與圓筒形殼體或管子焊在一起,增加了法蘭的旋轉剛度,從而降低法蘭中的應力,也改善了墊片密封條件,即提高了接頭的安全與可靠性,相比用增加法蘭環的厚度或直徑而言更經濟有效,因此推薦用于中、高壓力的場合;但隨著壓力和直徑的增加,經濟性下降,所以其直徑與壓力范圍也有限制,例如ISO 7005-1標準中的帶頸對焊法蘭,管子名義直徑(DN)超過600mm時,公稱壓力(PN)不得大于40MPa。非焊接結構的主要形式―松套法蘭,因其相對法蘭基本上能自由旋轉,故僅用于較低壓力或出于經濟考慮,當筒體或管子用耐腐蝕的昂貴合金材料制造,其松套法蘭環則可用經濟性好而強度又較高的材料(例如碳鋼)制造等場合。有時為了增加法蘭環的剛度,法蘭環也可帶上頸部,即為帶頸松套法蘭。顯然,板式平焊法蘭介于兩者之間,適用中低壓力場合.



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