第4章(過程設(shè)備設(shè)計)

1、第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計三、封頭設(shè)計三、封頭設(shè)計封頭種類封頭種類凸形封頭凸形封頭錐殼錐殼變徑段變徑段平蓋平蓋緊縮口緊縮口半球形封頭半球形封頭橢圓形封頭橢圓形封頭碟形封頭碟形封頭球冠形封頭球冠形封頭第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計圖圖4-20 常見容器封頭的形式常見容器封頭的形式第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計封頭設(shè)計：優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，根據(jù)受封頭設(shè)計：優(yōu)先選用封頭標(biāo)準(zhǔn)中推薦的型式與參數(shù)，根據(jù)受 壓情況進(jìn)行強(qiáng)度或剛度計算，確定合適的厚度。壓情況進(jìn)行強(qiáng)度或剛度計算，確定合適的厚度。內(nèi)壓封頭內(nèi)壓封頭強(qiáng)度計算強(qiáng)度計算受力受力薄膜應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力薄膜應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力計算

2、計算內(nèi)壓薄膜應(yīng)力內(nèi)壓薄膜應(yīng)力第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半，最理想的結(jié)構(gòu)形式。薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半，最理想的結(jié)構(gòu)形式。1、半球形封頭、半球形封頭半球形封頭為半個球殼，如圖半球形封頭為半個球殼，如圖4-20（a）所示。）所示。受內(nèi)壓的半球形封頭受內(nèi)壓的半球形封頭優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)深度大，直徑小時，整體沖壓困難，深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。應(yīng)用應(yīng)用高壓容器。高壓容器。半球形封頭厚度計算公式半球形封頭厚度計算公式cticpDp4式中式中 Di球殼的內(nèi)直徑，球殼的內(nèi)直徑，mm。適

3、用范圍：為滿足彈性要求，適用適用范圍：為滿足彈性要求，適用Pc0.6t，相當(dāng)于，相當(dāng)于K1.33第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計受外壓的半球形封頭受外壓的半球形封頭 推導(dǎo)過程：鋼制半球形封頭彈性失穩(wěn)的臨界壓力為：推導(dǎo)過程：鋼制半球形封頭彈性失穩(wěn)的臨界壓力為：工程上：圖算法工程上：圖算法2)/(21. 1oecrREp取穩(wěn)定性安全系數(shù)取穩(wěn)定性安全系數(shù)m=14.52，得球殼許用外壓力：，得球殼許用外壓力：2)/(0833. 052.14eocrREppeoRPB令令eoRPEAB32根據(jù)根據(jù))/( 32eoREAp得得第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計將將p代入球殼許用外壓力式得代入球殼許用

4、外壓力式得)/R(125. 0Aeo由由B和和p的關(guān)系式得半球形封頭的許用外壓力為：的關(guān)系式得半球形封頭的許用外壓力為：)/R(Bpeo第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計a.假定名義厚度假定名義厚度n，令，令e=n-C，用上一頁公式計算出，用上一頁公式計算出A， 根據(jù)所用材料選用厚度計算圖，由根據(jù)所用材料選用厚度計算圖，由A查取查取B，再按半球形封頭，再按半球形封頭 許用外壓力公式許用外壓力公式 計算許用外壓力計算許用外壓力p。圖算步驟圖算步驟b.若若A值落在設(shè)計溫度下材料線左方，用球形封頭許用外壓力值落在設(shè)計溫度下材料線左方，用球形封頭許用外壓力 公式計算公式計算p。 若若ppc且較接近，

5、則該封頭厚度合且較接近，則該封頭厚度合 理；理； 否則重新假設(shè)否則重新假設(shè)n，重復(fù)上述步驟，直到滿足要求，重復(fù)上述步驟，直到滿足要求 為止。為止。不用幾何算圖不用幾何算圖第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計2、橢圓形封頭、橢圓形封頭第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由半個橢球面和短圓筒組成，如圖由半個橢球面和短圓筒組成，如圖4-20（b）所示。）所示。直邊段作用直邊段作用應(yīng)用應(yīng)用a 、受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭、受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭 受力：

6、薄膜應(yīng)力受力：薄膜應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力不連續(xù)應(yīng)力在一定條件下，橢圓形封頭中的最大應(yīng)力和圓筒周向薄膜應(yīng)力在一定條件下，橢圓形封頭中的最大應(yīng)力和圓筒周向薄膜應(yīng)力的比值，與橢圓形封頭長軸與短軸之比的比值，與橢圓形封頭長軸與短軸之比 的關(guān)系有關(guān)，見圖的關(guān)系有關(guān)，見圖4-20中虛線。中虛線。ba第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計2ii)h2D(261KK應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)或橢圓封頭的形狀系數(shù)，應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)或橢圓封頭的形狀系數(shù)，即即 封頭上最大總應(yīng)力封頭上最大總應(yīng)力球殼上薄膜應(yīng)力球殼上薄膜應(yīng)力=2K封頭上最大總應(yīng)力封頭上最大總應(yīng)力圓筒上周向薄膜應(yīng)力圓筒上周向薄膜應(yīng)力=K用半徑為用半徑為Di的的半球形封頭半球形封頭厚

7、度乘以厚度乘以K，即，即cticp5 . 0 2DKp橢圓形封頭橢圓形封頭厚度計算式厚度計算式第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計當(dāng)當(dāng)Di/2hi=2，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭， K=1，厚度計算式為，厚度計算式為cticp5 . 0 2Dp橢圓形封頭最大允許工作壓力：橢圓形封頭最大允許工作壓力：eietw5 . 0KD 2p采用限制橢圓形封頭最小厚度，采用限制橢圓形封頭最小厚度，GB150規(guī)定標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的的0.15%，非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不，非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于小于0.30%。周向失穩(wěn)：

8、周向失穩(wěn)：第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計b、受外壓橢圓形封頭、受外壓橢圓形封頭 Ro由橢圓形封頭的當(dāng)量球殼外半徑由橢圓形封頭的當(dāng)量球殼外半徑Ro=K1Do代替，代替，K1值值是橢圓長短軸比值是橢圓長短軸比值Do/（2ho）（）（ho=hi+n）決定的系數(shù)，）決定的系數(shù)，由表由表4-5（遇中間值用內(nèi)插法求得）查得。（遇中間值用內(nèi)插法求得）查得。相同：相同：不同：不同：外壓穩(wěn)定性計算公式和圖算法步驟同受外壓的外壓穩(wěn)定性計算公式和圖算法步驟同受外壓的半球形封頭；半球形封頭；2.62.42.22.01.81.61.41.21.0 K11.181.080.990.900.810.730.650.5

9、70.50表表4-5 系數(shù)系數(shù)K1Do/2ho第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計3、碟形封頭、碟形封頭 不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎曲應(yīng)不連續(xù)曲面，存在較大邊緣彎曲應(yīng)力。邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故受力狀況不佳。部位，故受力狀況不佳。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)帶折邊球面封頭，由半徑為帶折邊球面封頭，由半徑為Ri的的球面體球面體、半徑為、半徑為r的的過渡過渡環(huán)殼環(huán)殼和和短圓筒短圓筒等三部分組成，見圖等三部分組成，見圖4-20（c）。）。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)過渡環(huán)殼降低了封頭深度，方便成型，且壓制碟形過渡環(huán)殼降低了封頭深度，方便成型，且

10、壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，應(yīng)用廣泛。封頭的鋼模加工簡單，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)缺點(diǎn)第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計a、受內(nèi)壓碟形封頭、受內(nèi)壓碟形封頭 據(jù)此，由半球殼厚度計算式乘以據(jù)此，由半球殼厚度計算式乘以M可得碟形封頭的厚可得碟形封頭的厚度計算式度計算式引入碟形封頭應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)引入碟形封頭應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)M（見圖（見圖4-21），是以球），是以球面部分最大總應(yīng)力為基礎(chǔ)的近似修正系數(shù)，見下式面部分最大總應(yīng)力為基礎(chǔ)的近似修正系數(shù)，見下式1(3)4iRMr20.5citcMp Rp第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計承受內(nèi)壓碟形封頭的最大允許工作壓力：承受內(nèi)壓碟形封頭的最大允許工作壓力：2 0.5tew

11、iepMR 封頭封頭r0.01Di，r3，且，且RiDi。規(guī)定規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，Ri=0.9Di，r=0.17Di。同橢圓形封頭，同橢圓形封頭， GB150規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，其規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭，其有效厚度應(yīng)不小于內(nèi)直徑的有效厚度應(yīng)不小于內(nèi)直徑的0.15%，其它碟形封頭，其它碟形封頭的有效厚度應(yīng)不小于的有效厚度應(yīng)不小于0.30%。周向失穩(wěn)周向失穩(wěn)第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計b、受外壓碟形封頭、受外壓碟形封頭 碟形封頭的過渡區(qū)承受拉應(yīng)力，球面部分是壓應(yīng)力，有發(fā)生失碟形封頭的過渡區(qū)承受拉應(yīng)力，球面部分是壓應(yīng)力，有發(fā)生失穩(wěn)的潛在危險，此為防失穩(wěn)，穩(wěn)的潛在危險，此為防失穩(wěn)，厚度

12、計算仍可用半球形封頭外壓厚度計算仍可用半球形封頭外壓計算公式和圖算法步驟，只是計算公式和圖算法步驟，只是Ro用球面部分外半徑代替。用球面部分外半徑代替。4、球冠形封頭、球冠形封頭碟形封頭當(dāng)?shù)畏忸^當(dāng)r=0時，球面與筒體直接連接，如圖時，球面與筒體直接連接，如圖4-20（d）所示）所示優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨(dú)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用作容器中兩獨(dú)立受壓室中間封頭，端蓋。立受壓室中間封頭，端蓋。無轉(zhuǎn)角過渡，存在相當(dāng)大的不連續(xù)應(yīng)力，其無轉(zhuǎn)角過渡，存在相當(dāng)大的不連續(xù)應(yīng)力，其應(yīng)力分布不甚合理。應(yīng)力分布不甚合理。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計圖圖4-21 碟形封頭的應(yīng)力增強(qiáng)

13、系數(shù)碟形封頭的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計4、錐殼、錐殼軸對稱錐殼軸對稱錐殼無折邊錐殼無折邊錐殼折邊錐殼折邊錐殼特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力分布不理想結(jié)構(gòu)不連續(xù)，應(yīng)力分布不理想應(yīng)用應(yīng)用排放固體顆粒和懸浮或粘稠液體排放固體顆粒和懸浮或粘稠液體不同直徑圓筒體的中間過渡段不同直徑圓筒體的中間過渡段中、低壓中、低壓容器容器第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計（a）無折邊錐殼；）無折邊錐殼； （b）大端折邊錐殼；）大端折邊錐殼； （c）折邊錐殼）折邊錐殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖4-21 錐殼結(jié)構(gòu)形式錐殼結(jié)構(gòu)形式錐殼大端：錐殼大端：半頂角半頂角30，無折邊結(jié)構(gòu)，無折邊結(jié)構(gòu)30，帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)，

14、或按應(yīng)力分析方法設(shè)計。，帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)，或按應(yīng)力分析方法設(shè)計。轉(zhuǎn)角半徑轉(zhuǎn)角半徑r：不小于：不小于Di的的10%，且不小于該過渡段厚度的，且不小于該過渡段厚度的3倍。倍。 第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計錐殼小端：錐殼小端：半頂角半頂角45，無折邊結(jié)構(gòu)；，無折邊結(jié)構(gòu)； 45，帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。，帶過渡段的折邊結(jié)構(gòu)。 轉(zhuǎn)角半徑轉(zhuǎn)角半徑rs：不小于封頭小端內(nèi)徑：不小于封頭小端內(nèi)徑Dis的的5%，且不，且不 小于該過渡段厚度的小于該過渡段厚度的3倍。倍。半頂角半頂角60：厚度按平蓋計算，或應(yīng)力分析方法。：厚度按平蓋計算，或應(yīng)力分析方法。強(qiáng)度強(qiáng)度受力：薄膜應(yīng)力邊緣應(yīng)力。受力：薄膜應(yīng)力邊緣應(yīng)力。

15、設(shè)計：分別計算錐殼厚度、錐殼大端和小端加強(qiáng)段厚度。設(shè)計：分別計算錐殼厚度、錐殼大端和小端加強(qiáng)段厚度。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計由無力矩理論，最大薄膜應(yīng)力為錐殼大端的周向應(yīng)力由無力矩理論，最大薄膜應(yīng)力為錐殼大端的周向應(yīng)力，即，即a、受內(nèi)壓無折邊錐殼、受內(nèi)壓無折邊錐殼錐殼厚度錐殼厚度cos2pD 由第一強(qiáng)度理論和彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則，并取由第一強(qiáng)度理論和彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則，并取D=Dc+ccos，厚度計算式厚度計算式cos1- 2ctcccpDp=式中式中 Dc錐殼計算內(nèi)直徑，錐殼計算內(nèi)直徑，mm c錐殼計算厚度，錐殼計算厚度，mm 錐殼半頂角，（錐殼半頂角，（）注：注：當(dāng)錐殼由同一半頂角的幾

16、當(dāng)錐殼由同一半頂角的幾個不同厚度的錐殼段組成時，個不同厚度的錐殼段組成時， Dc為各錐殼段大端內(nèi)直徑。為各錐殼段大端內(nèi)直徑。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計邊緣應(yīng)力具有自限性，最大應(yīng)力限制在邊緣應(yīng)力具有自限性，最大應(yīng)力限制在3t內(nèi)。內(nèi)。 按此條件求得的按此條件求得的p/（t）及）及之間關(guān)系見圖之間關(guān)系見圖4-22。錐殼大端錐殼大端 分析錐殼大端與筒體連接處，曲率突變；分析錐殼大端與筒體連接處，曲率突變；兩殼體經(jīng)向內(nèi)力不能完全平衡，產(chǎn)生橫向推力；兩殼體經(jīng)向內(nèi)力不能完全平衡，產(chǎn)生橫向推力；邊緣應(yīng)力邊緣應(yīng)力無需加強(qiáng)：無需加強(qiáng)：坐標(biāo)點(diǎn)（坐標(biāo)點(diǎn)（p/（t）、）、）位于圖中曲線上）位于圖中曲線上方，厚

17、度仍按前錐殼厚度計算。方，厚度仍按前錐殼厚度計算。需要加強(qiáng)：需要加強(qiáng)：坐標(biāo)點(diǎn)（坐標(biāo)點(diǎn)（p/（t）、）、）位于圖中曲線下）位于圖中曲線下方，厚度計算見下式。方，厚度計算見下式。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計圖圖4-19 確定錐殼大端連接處的加強(qiáng)圖確定錐殼大端連接處的加強(qiáng)圖第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計cticrp 2DQp式中式中 Di錐殼大端內(nèi)直徑，錐殼大端內(nèi)直徑，mm； Q應(yīng)力增值系數(shù)，由圖應(yīng)力增值系數(shù)，由圖4-23查??；查??； r錐殼及其相鄰圓筒體的加強(qiáng)段的計算厚度，錐殼及其相鄰圓筒體的加強(qiáng)段的計算厚度，mm。注：錐殼加強(qiáng)段與筒體加強(qiáng)段應(yīng)具有相同的厚度注：錐殼加強(qiáng)段與筒體加強(qiáng)段

18、應(yīng)具有相同的厚度 加強(qiáng)段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度加強(qiáng)段的厚度不得小于相連接的錐殼厚度 錐殼加強(qiáng)段的長度錐殼加強(qiáng)段的長度L1： cos5 . 02L1riD筒體加強(qiáng)段的長度筒體加強(qiáng)段的長度L： riD5 . 02L與大端相類似，參見與大端相類似，參見GB150-98。錐殼小端錐殼小端第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計圖圖4-23 錐殼大端連接處的錐殼大端連接處的Q值值第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計錐殼厚度：錐殼厚度：仍按錐殼厚度公式計算。仍按錐殼厚度公式計算。錐殼大端：錐殼大端： 厚度按式下面兩式計算，并取較大值。厚度按式下面兩式計算，并取較大值。b、受內(nèi)壓折邊錐殼、受內(nèi)壓折邊錐殼

19、錐殼大端過渡段厚度：錐殼大端過渡段厚度：cticp5 . 0 2DKp式中式中 K系數(shù)系數(shù)，查表查表4-6（遇中間值時用內(nèi)插法）。（遇中間值時用內(nèi)插法）。與過渡段相接處錐殼厚度：與過渡段相接處錐殼厚度： cticp5 . 0Dfp式中式中 f系數(shù)系數(shù)， cos2)cos1 (Dr21fi查表查表4-7（遇中間值時（遇中間值時用內(nèi)插法）；用內(nèi)插法）； r折邊錐殼大端過渡段轉(zhuǎn)角半徑，折邊錐殼大端過渡段轉(zhuǎn)角半徑，mm。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計r r/ /D Di i0.100.100.150.150.200.200.300.300.400.400.500.50100.66440.6644

20、0.61110.61110.57890.57890.54030.54030.51680.51680.50000.5000200.69560.69560.63570.63570.59860.59860.55220.55220.52230.52230.50000.5000300.75440.75440.68190.68190.63570.63570.57490.57490.53290.53290.50000.5000350.79800.79800.71610.71610.66290.66290.59140.59140.54070.54070.50000.5000400.85470.85470.76

21、040.76040.69810.69810.61270.61270.55060.55060.50000.5000450.92530.92530.81810.81810.74400.74400.64020.64020.56350.56350.50000.5000501.02701.02700.89440.89440.80450.80450.67650.67650.58040.58040.50000.5000551.16081.16080.99800.99800.88590.88590.72490.72490.60280.60280.50000.5000601.35001.35001.14331.

22、14331.00001.00000.79230.79230.63370.63370.50000.5000表表4-6 系數(shù)系數(shù)K值值第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計小端過渡段厚度需另行計算，見小端過渡段厚度需另行計算，見GB150-98。 錐殼小端：錐殼小端：半頂角半頂角45：小端厚度按無折邊錐殼小端厚度的計算方法計算；小端厚度按無折邊錐殼小端厚度的計算方法計算；小端無折邊：小端無折邊：小端有折邊：小端有折邊：第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計r/Di0.100.150.200.300.400.50100.50620.50550.50470.50320.50170.5000200.5257

23、0.52250.51930.51280.50640.5000300.56190.55420.54650.53100.51550.5000350.58830.55730.56630.54420.52210.5000400.62220.60690.59160.56110.53050.5000450.66570.64500.62430.58280.54140.5000500.72230.69450.66680.61120.55560.5000550.79730.76020.72300.64860.57430.5000600.90000.85000.80000.70000.60000.5000表表4-

24、7 系數(shù)系數(shù) f 值值第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計c、受外壓錐殼、受外壓錐殼 60：按等效圓筒體計算；：按等效圓筒體計算；60：按平蓋計算。：按平蓋計算。假設(shè)錐殼名義厚度假設(shè)錐殼名義厚度ne計算錐殼有效厚度計算錐殼有效厚度ec=（nc-C）cos按外壓圓筒體的圖算法進(jìn)行外壓校核計算按外壓圓筒體的圖算法進(jìn)行外壓校核計算以以Le/DL代替代替L/Do，DL/ec代替代替Do/e。外壓錐殼的計算外壓錐殼的計算錐殼大端或小端和筒體連接處存在壓縮強(qiáng)度和周向穩(wěn)錐殼大端或小端和筒體連接處存在壓縮強(qiáng)度和周向穩(wěn)定性問題，在必要時應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。定性問題，在必要時應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。錐殼與筒體連接處的外壓加強(qiáng)

25、設(shè)計錐殼與筒體連接處的外壓加強(qiáng)設(shè)計Le： 錐殼當(dāng)量長度，錐殼當(dāng)量長度， 有相應(yīng)計算公式；有相應(yīng)計算公式；DL： 所考慮的錐殼段的所考慮的錐殼段的 大端外直徑大端外直徑第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計理論分析：理論分析：以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)，分為周邊固支或簡支分為周邊固支或簡支.實(shí)際上：介于實(shí)際上：介于固支和簡支之間；固支和簡支之間；工程計算：采用圓平板理論工程計算：采用圓平板理論 為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)公式，通為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)公式，通 過系數(shù)過系數(shù) 來體現(xiàn)平蓋周來體現(xiàn)平蓋周 邊的支承情況，邊的支承情況，K值越值越 小小,平蓋周邊越接近固支平蓋周邊越接近固支； 反之就越接近于簡支

26、。反之就越接近于簡支。 這些平蓋厚度可按下述方法計算：這些平蓋厚度可按下述方法計算：幾何形狀：幾何形狀：圓形、橢圓形、長圓形、橢圓形、長圓形、矩形及正方圓形、矩形及正方形等。形等。5、平蓋、平蓋第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計平蓋的最大應(yīng)力平蓋的最大應(yīng)力a、圓形平蓋厚度、圓形平蓋厚度 2max)(DKp考慮鋼板拼焊由強(qiáng)度理論得考慮鋼板拼焊由強(qiáng)度理論得 t1 得圓形平蓋厚度計算公式得圓形平蓋厚度計算公式 ：第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計tccpKpD式中式中 p平蓋計算厚度，平蓋計算厚度，mm； K結(jié)構(gòu)特征系數(shù)結(jié)構(gòu)特征系數(shù)，查表，查表4-8； Dc平蓋計算直徑，見表平蓋計算直徑，見表4

27、-8中簡圖，中簡圖，mm。 對于表對于表4-8中序號中序號 6、7 所示平蓋，應(yīng)取其操作狀態(tài)及預(yù)緊所示平蓋，應(yīng)取其操作狀態(tài)及預(yù)緊狀態(tài)的狀態(tài)的K值代入上式分別計算，取較大值。當(dāng)預(yù)緊時值代入上式分別計算，取較大值。當(dāng)預(yù)緊時t取常取常溫的許用應(yīng)力。溫的許用應(yīng)力。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表4-8 平蓋系數(shù)平蓋系數(shù) K 選擇表選擇表第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表4-8 平蓋系數(shù)平蓋系數(shù) K 選擇表（續(xù)）選擇表（續(xù)）第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表4-8 平蓋系數(shù)平蓋系數(shù) K 選擇表（續(xù)）選擇表（續(xù)）第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計2、非圓形平蓋厚度、非圓形平蓋厚度不同

28、連接形式的非圓形平蓋應(yīng)采用不同的計算公式。不同連接形式的非圓形平蓋應(yīng)采用不同的計算公式。表表4-8中序號中序號3、4所示平蓋，按下式計算所示平蓋，按下式計算tcpKZpa式中式中 Z非圓形平蓋的形狀系數(shù)，非圓形平蓋的形狀系數(shù)， ba4 . 24 . 3Z且且Z2.5； a，b分別為非圓形平蓋的短軸長度和長軸長度，分別為非圓形平蓋的短軸長度和長軸長度，mm第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表4-8中序號中序號 6、7 所示平蓋，按下式計算所示平蓋，按下式計算（當(dāng)預(yù)緊時（當(dāng)預(yù)緊時t取常溫的許用應(yīng)力）取常溫的許用應(yīng)力）tcpKpa第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計直邊高度直邊高度L不小于不小于

29、50mm；弧半徑弧半徑r0.5p，且且cD61r 封頭與筒體連接處封頭與筒體連接處的厚度不小于與其的厚度不小于與其相對接筒節(jié)的厚度。相對接筒節(jié)的厚度。 圖圖4-24 鍛制平封頭鍛制平封頭3、鍛制平封頭、鍛制平封頭第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計鍛制平封頭底部厚度鍛制平封頭底部厚度p： tccpp27. 0D式中式中 開孔削弱系數(shù)，開孔削弱系數(shù)， cicDdD diDc范圍內(nèi)沿直徑斷面開孔內(nèi)徑總和范圍內(nèi)沿直徑斷面開孔內(nèi)徑總和 的最大值，的最大值，mm第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計四、密封裝置設(shè)計四、密封裝置設(shè)計可拆可拆密封裝置密封裝置螺紋連接螺紋連接承插式連接承插式連接螺栓法蘭連接螺栓

30、法蘭連接螺栓螺栓墊片墊片法蘭密封系統(tǒng)法蘭密封系統(tǒng)本節(jié)本節(jié)主要內(nèi)容主要內(nèi)容密封機(jī)理及分類密封機(jī)理及分類影響密封性能的主要因素影響密封性能的主要因素螺栓法蘭連接設(shè)計螺栓法蘭連接設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計312原理原理性能性能圖圖4-25 螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)1-螺栓；螺栓；2-墊片；墊片；3-法蘭法蘭依靠螺栓預(yù)緊力把兩部分依靠螺栓預(yù)緊力把兩部分設(shè)備或管道法蘭環(huán)連在一設(shè)備或管道法蘭環(huán)連在一起，同時壓緊墊片，使起，同時壓緊墊片，使連接處達(dá)到密封。連接處達(dá)到密封。較好的強(qiáng)度和密封性，較好的強(qiáng)度和密封性，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可多次重復(fù)拆卸，應(yīng)用可多次重復(fù)拆卸，

31、應(yīng)用較廣。較廣。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計密封裝置的失效形式主要表現(xiàn)為密封裝置的失效形式主要表現(xiàn)為泄漏量控制在工藝和泄漏量控制在工藝和環(huán)境允許的范圍內(nèi)環(huán)境允許的范圍內(nèi)第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計（一）密封機(jī)理（一）密封機(jī)理泄漏途徑泄漏途徑滲透泄漏滲透泄漏界面泄漏界面泄漏第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計通過墊片材料本體毛細(xì)管的通過墊片材料本體毛細(xì)管的滲透泄漏，除了受滲透泄漏，除了受介質(zhì)壓力、介質(zhì)壓力、溫度、粘度、分子結(jié)構(gòu)等流溫度、粘度、分子結(jié)構(gòu)等流體狀態(tài)性質(zhì)體狀態(tài)性質(zhì)影響外，主要與影響外，主要與墊片的結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)有關(guān)墊片的結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)有關(guān)，可通過對滲透性墊片材料添可通過

32、對滲透性墊片材料添加某些填充劑進(jìn)行改良，或加某些填充劑進(jìn)行改良，或與不透性材料組合成型來避與不透性材料組合成型來避免免“滲透泄漏滲透泄漏”。沿著墊片與壓緊面之間的泄沿著墊片與壓緊面之間的泄漏，泄漏量大小漏，泄漏量大小主要與界面主要與界面間隙尺寸有關(guān)間隙尺寸有關(guān)。壓緊面就是。壓緊面就是指上、下法蘭與墊片的接觸指上、下法蘭與墊片的接觸面。加工時壓緊面上凹凸不面。加工時壓緊面上凹凸不平的間隙及壓緊力不足是造平的間隙及壓緊力不足是造成成“界面泄漏界面泄漏”的直接原因。的直接原因?！敖缑嫘孤┙缑嫘孤笔敲芊馐У氖敲芊馐У闹饕緩健Ｖ饕緩?。滲透泄漏滲透泄漏界面泄漏界面泄漏泄漏泄漏第四章壓力容器設(shè)計第

33、四章壓力容器設(shè)計界面泄漏界面泄漏滲透泄漏滲透泄漏圖圖4-26 泄漏的途徑泄漏的途徑第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計螺栓法蘭連接的整個工作過程：螺栓法蘭連接的整個工作過程：圖圖4-23（a）尚未預(yù)緊工況、）尚未預(yù)緊工況、 （b）預(yù)緊工況、）預(yù)緊工況、 （c）操作工況）操作工況1、尚未預(yù)緊工況、尚未預(yù)緊工況 將上、下法蘭壓緊面和墊片的將上、下法蘭壓緊面和墊片的 接觸處的微觀尺寸放大，表面接觸處的微觀尺寸放大，表面 是凹凸不平的，這就是流體泄是凹凸不平的，這就是流體泄 漏的通道。漏的通道。（a）尚未預(yù)緊工況）尚未預(yù)緊工況圖圖4-27 密封機(jī)理圖密封機(jī)理圖第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計2、預(yù)

34、緊工況（無內(nèi)壓）、預(yù)緊工況（無內(nèi)壓） 擰緊螺栓，螺栓力通過法蘭壓擰緊螺栓，螺栓力通過法蘭壓緊面作用到墊片上。墊片產(chǎn)生彈性緊面作用到墊片上。墊片產(chǎn)生彈性或屈服變形，填滿凹凸不平處，堵或屈服變形，填滿凹凸不平處，堵塞泄漏通道，形成初始密封條件。塞泄漏通道，形成初始密封條件。 預(yù)緊預(yù)緊(無內(nèi)壓無內(nèi)壓)時，迫使墊片變形與壓緊時，迫使墊片變形與壓緊面密合，以形成初始密封條件，此時墊面密合，以形成初始密封條件，此時墊片單位面積上所需的最小壓緊力，稱為片單位面積上所需的最小壓緊力，稱為“”，用，用 表示，也稱為表示，也稱為，單位為，單位為MPa。在預(yù)緊工況在預(yù)緊工況下，如墊片單位面積上所受的壓緊力小下，如墊

35、片單位面積上所受的壓緊力小于比壓力于比壓力y，介質(zhì)即發(fā)生泄漏，介質(zhì)即發(fā)生泄漏。引入概念引入概念1“預(yù)緊比壓預(yù)緊比壓y”：y值僅與墊片材料、值僅與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)。結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)。（b）預(yù)緊工況）預(yù)緊工況圖圖4-27 密封機(jī)理圖密封機(jī)理圖第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計通入介質(zhì)通入介質(zhì)壓力上升壓力上升內(nèi)壓引起的軸向力，使上下法蘭壓緊面內(nèi)壓引起的軸向力，使上下法蘭壓緊面分離，墊片壓縮量減少，密封比壓（即，分離，墊片壓縮量減少，密封比壓（即，壓緊面上的壓緊應(yīng)力）下降壓緊面上的壓緊應(yīng)力）下降導(dǎo)致導(dǎo)致墊片彈性壓縮變形部分產(chǎn)生回彈，補(bǔ)償墊片彈性壓縮變形部分產(chǎn)生回彈，補(bǔ)償因螺栓伸長所引起的壓緊面

36、分離，使壓因螺栓伸長所引起的壓緊面分離，使壓緊面上的密封比壓力仍能維持緊面上的密封比壓力仍能維持以以保持密封性能。保持密封性能。為保證在操作狀態(tài)時法蘭的密封性能而為保證在操作狀態(tài)時法蘭的密封性能而必須施加（維持）在墊片上的壓應(yīng)力，必須施加（維持）在墊片上的壓應(yīng)力，稱為稱為。操作密封比壓往往操作密封比壓往往用介質(zhì)計算壓力的用介質(zhì)計算壓力的m倍表示，倍表示， 這里這里m稱稱為為“墊片系數(shù)墊片系數(shù)”，無因次。，無因次。引入概念引入概念2“操作密封比壓操作密封比壓”：3、操作工況、操作工況（c）操作工況）操作工況 圖圖4-27 密封機(jī)理圖密封機(jī)理圖第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計防止流體泄漏的基本

37、方法防止流體泄漏的基本方法當(dāng)介質(zhì)通過密封口的阻力大于密封口兩當(dāng)介質(zhì)通過密封口的阻力大于密封口兩側(cè)的介質(zhì)壓力差時，介質(zhì)就被密封。而側(cè)的介質(zhì)壓力差時，介質(zhì)就被密封。而介質(zhì)通過密封口的阻力是借施加于壓緊介質(zhì)通過密封口的阻力是借施加于壓緊面上的面上的 來實(shí)現(xiàn)的，作用在壓緊來實(shí)現(xiàn)的，作用在壓緊面上的密封比壓力越大，則介質(zhì)通過密面上的密封比壓力越大，則介質(zhì)通過密封口的阻力越大，越有利于密封。封口的阻力越大，越有利于密封。在密封口增加流在密封口增加流體流動的阻力體流動的阻力泄漏時介質(zhì)通過密封口泄漏時介質(zhì)通過密封口的的動力動力：密封口內(nèi)外介質(zhì)密封口內(nèi)外介質(zhì)壓力差壓力差泄漏時介質(zhì)通過密封泄漏時介質(zhì)通過密封口的口

38、的阻力阻力：壓緊面上的壓緊面上的第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計由以上分析，在確立由以上分析，在確立法蘭設(shè)計方法時，把法蘭設(shè)計方法時，把預(yù)緊工況與操作工況預(yù)緊工況與操作工況分開處理，從而大大分開處理，從而大大簡化了法蘭設(shè)計。為簡化了法蘭設(shè)計。為此，對兩個不同的工此，對兩個不同的工況分別引進(jìn)兩個墊片況分別引進(jìn)兩個墊片性能參數(shù)，即性能參數(shù)，即“最小最小壓緊應(yīng)力壓緊應(yīng)力”或或“比壓比壓力力”y以及以及“墊片系墊片系數(shù)數(shù)”m。預(yù)緊比壓預(yù)緊比壓y：定義為預(yù)緊定義為預(yù)緊(無內(nèi)壓無內(nèi)壓)時，迫使墊片變形時，迫使墊片變形與壓緊面密合，以形成初始密封條件，與壓緊面密合，以形成初始密封條件，此時墊片所必需的最

39、小壓緊載荷，因以此時墊片所必需的最小壓緊載荷，因以單位接觸面積上的壓緊載荷計，故也稱單位接觸面積上的壓緊載荷計，故也稱最小壓緊應(yīng)力最小壓緊應(yīng)力”，單位為，單位為MPa。y值僅與值僅與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)。墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度有關(guān)。墊片系數(shù)墊片系數(shù)m：是指操作是指操作(有內(nèi)壓有內(nèi)壓)時，達(dá)到緊密時，達(dá)到緊密不漏，墊片所必須維持的比壓不漏，墊片所必須維持的比壓與介質(zhì)壓力與介質(zhì)壓力p的比值（無單位）。的比值（無單位）。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計不少生產(chǎn)實(shí)踐和廣泛的不少生產(chǎn)實(shí)踐和廣泛的研究表明研究表明y和和m值還與墊值還與墊片尺寸，介質(zhì)性質(zhì)、壓片尺寸，介質(zhì)性質(zhì)、壓力、溫度、壓緊面粗糙力、

40、溫度、壓緊面粗糙度等許多因素有關(guān)，而度等許多因素有關(guān)，而且且m與與y之間也存在內(nèi)在之間也存在內(nèi)在聯(lián)系。聯(lián)系。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計（二）密封分類（二）密封分類按獲得密封比壓力方法的不同按獲得密封比壓力方法的不同按被密封介質(zhì)的壓力大小按被密封介質(zhì)的壓力大小分類分類中低壓密封中低壓密封高壓密封高壓密封強(qiáng)制密封強(qiáng)制密封自緊密封自緊密封半自緊式密封半自緊式密封第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計強(qiáng)制密封強(qiáng)制密封完全依靠連接件的作用力強(qiáng)行擠壓密封元件達(dá)到密封。完全依靠連接件的作用力強(qiáng)行擠壓密封元件達(dá)到密封。特點(diǎn)特點(diǎn)：預(yù)緊力大，約為工作壓力產(chǎn)生的軸向力的：預(yù)緊力大，約為工作壓力產(chǎn)生的軸向力的

41、1.11.6倍。倍。主要依靠容器內(nèi)部的主要依靠容器內(nèi)部的介質(zhì)壓力介質(zhì)壓力壓緊密封元件實(shí)現(xiàn)密封。壓緊密封元件實(shí)現(xiàn)密封。特點(diǎn)：特點(diǎn)：預(yù)緊力小，介質(zhì)壓力越高，密封越可靠，約為工作壓力預(yù)緊力小，介質(zhì)壓力越高，密封越可靠，約為工作壓力 產(chǎn)生的軸向力的產(chǎn)生的軸向力的20%以下。以下。自緊式密封自緊式密封軸向自緊式：密封元件的軸向剛度小于被連接件的軸向剛度軸向自緊式：密封元件的軸向剛度小于被連接件的軸向剛度徑向自緊式：密封元件的軸向剛度小于被連接件的軸向剛度徑向自緊式：密封元件的軸向剛度小于被連接件的軸向剛度半自緊式：半自緊式： 屬于非自緊式的強(qiáng)制式密封，但又具有一定的屬于非自緊式的強(qiáng)制式密封，但又具有一定

42、的 自緊性能，如雙錐環(huán)密封。自緊性能，如雙錐環(huán)密封。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計中、低壓密封：螺栓法蘭結(jié)構(gòu)，強(qiáng)制式密封。中、低壓密封：螺栓法蘭結(jié)構(gòu)，強(qiáng)制式密封。 高壓密封：多用自緊式密封、半自緊式密封。高壓密封：多用自緊式密封、半自緊式密封。按被密封介質(zhì)的壓力大小按被密封介質(zhì)的壓力大小第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計（三）影響密封性能的主要因素（三）影響密封性能的主要因素1、螺栓預(yù)緊力、螺栓預(yù)緊力 預(yù)緊力使墊片壓緊實(shí)現(xiàn)初始密封預(yù)緊力使墊片壓緊實(shí)現(xiàn)初始密封適當(dāng)提高預(yù)緊力可增加墊片的密封能力，即在正常工適當(dāng)提高預(yù)緊力可增加墊片的密封能力，即在正常工 況下保留較大的接觸面比壓力況下保留較

43、大的接觸面比壓力預(yù)緊力不宜太大，否則使墊片整體屈服喪失回彈能預(yù)緊力不宜太大，否則使墊片整體屈服喪失回彈能 力，甚至將墊片擠出或壓壞力，甚至將墊片擠出或壓壞預(yù)緊力應(yīng)均勻地作用到墊片上，可采取減小螺栓直預(yù)緊力應(yīng)均勻地作用到墊片上，可采取減小螺栓直 徑、增加螺栓個數(shù)等措施來提高密封性能徑、增加螺栓個數(shù)等措施來提高密封性能第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計2、墊片性能、墊片性能 墊片變形能力和回彈能力是形成密封的必要條件。變形墊片變形能力和回彈能力是形成密封的必要條件。變形能力大的密封墊易填滿壓緊面上的間隙，并使預(yù)緊力不致能力大的密封墊易填滿壓緊面上的間隙，并使預(yù)緊力不致太大；回彈能力大的墊片，能適

44、應(yīng)操作壓力和溫度的波動太大；回彈能力大的墊片，能適應(yīng)操作壓力和溫度的波動墊片應(yīng)具有能適應(yīng)介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕等的性能墊片應(yīng)具有能適應(yīng)介質(zhì)的溫度、壓力和腐蝕等的性能墊片比壓力墊片比壓力y和墊片系數(shù)和墊片系數(shù)m：與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度：與墊片材料、結(jié)構(gòu)與厚度關(guān)，關(guān)， 還與介質(zhì)性質(zhì)、壓力、溫度、壓緊面粗糙度等因素還與介質(zhì)性質(zhì)、壓力、溫度、壓緊面粗糙度等因素有關(guān)，而且有關(guān)，而且m和和y之間也存在內(nèi)在聯(lián)系。之間也存在內(nèi)在聯(lián)系。 見表見表49，1943年年Rossheim和和Markl推薦而沿用至今推薦而沿用至今第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表49 墊片性能參數(shù)墊片性能參數(shù)第四章壓力容器設(shè)計第四

45、章壓力容器設(shè)計表表49 墊片性能參數(shù)（續(xù)）墊片性能參數(shù)（續(xù)） 第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表49 墊片性能參數(shù)（續(xù)）墊片性能參數(shù)（續(xù)）第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計3、壓緊面的質(zhì)量、壓緊面的質(zhì)量 4、法蘭剛度、法蘭剛度 壓緊面又稱壓緊面又稱密封面密封面，其形狀和粗糙度應(yīng)與墊片相匹配，其形狀和粗糙度應(yīng)與墊片相匹配使用金屬墊片時其壓緊面的質(zhì)量要求比使用非金屬墊片時高使用金屬墊片時其壓緊面的質(zhì)量要求比使用非金屬墊片時高壓緊面表面不允許有刀痕和劃痕壓緊面表面不允許有刀痕和劃痕應(yīng)能均勻地壓緊墊片，保證平面度和垂直度應(yīng)能均勻地壓緊墊片，保證平面度和垂直度剛度不足剛度不足過大的翹曲變形，密封

46、失效的主要原因之一。過大的翹曲變形，密封失效的主要原因之一。提高法蘭提高法蘭剛度措施剛度措施增加法蘭環(huán)的厚度、縮小螺栓中心圓直徑、增大法增加法蘭環(huán)的厚度、縮小螺栓中心圓直徑、增大法蘭環(huán)外徑蘭環(huán)外徑采用帶頸法蘭或增大錐頸部分尺寸，提高抗彎能力采用帶頸法蘭或增大錐頸部分尺寸，提高抗彎能力第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計圖圖4-28 法蘭的翹曲變形法蘭的翹曲變形 第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計在壓力、介質(zhì)和溫度的聯(lián)合作用下，尤其是波動在壓力、介質(zhì)和溫度的聯(lián)合作用下，尤其是波動的高溫下，會嚴(yán)重影響密封性能，甚至使密封因的高溫下，會嚴(yán)重影響密封性能，甚至使密封因疲勞而完全失效。疲勞而完全失效。

47、操作條件操作條件指壓力、溫度及介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對密封性能指壓力、溫度及介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對密封性能的影響。的影響。特點(diǎn)特點(diǎn)高溫下，介質(zhì)粘度小，滲透性大，易泄漏；高溫下，介質(zhì)粘度小，滲透性大，易泄漏；介質(zhì)對墊片和介質(zhì)對墊片和法蘭的腐蝕作用加劇，增加了泄漏的可能性；法蘭的腐蝕作用加劇，增加了泄漏的可能性；法蘭、螺栓法蘭、螺栓和墊片均會產(chǎn)生較大的高溫蠕變與應(yīng)力松弛，使密封失效；和墊片均會產(chǎn)生較大的高溫蠕變與應(yīng)力松弛，使密封失效；某些非金屬墊片還會加速老化、變質(zhì)，甚至燒毀。某些非金屬墊片還會加速老化、變質(zhì)，甚至燒毀。原因原因5、操作條件、操作條件第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計（四）螺栓法蘭連接

48、設(shè)計（四）螺栓法蘭連接設(shè)計1、螺栓法蘭連接的密封性設(shè)計、螺栓法蘭連接的密封性設(shè)計螺栓法蘭連接螺栓法蘭連接設(shè)計關(guān)鍵要解設(shè)計關(guān)鍵要解決兩個問題決兩個問題保證連接處保證連接處“緊密不漏緊密不漏”；法蘭應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，法蘭應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，不致因受力而破壞。不致因受力而破壞。實(shí)際應(yīng)用中主要是泄漏，很少有強(qiáng)度不足而破壞。實(shí)際應(yīng)用中主要是泄漏，很少有強(qiáng)度不足而破壞。密封性能：密封性能：壓緊面壓緊面墊片墊片第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計a、法蘭壓緊面的選擇、法蘭壓緊面的選擇 壓緊面主要根據(jù)壓緊面主要根據(jù)工藝條件工藝條件、密封口徑密封口徑以及以及墊片墊片等進(jìn)行選擇。等進(jìn)行選擇。全平面（全平面（a）突面

49、（突面（b）凹凸面（凹凸面（c）榫槽面（榫槽面（d）環(huán)連接面（或稱環(huán)連接面（或稱T型槽）（型槽）（e）等）等其中以突面、凹凸面、榫槽面最為常用。其中以突面、凹凸面、榫槽面最為常用。形式形式圖圖4-29第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計（a）（b）（c）（d）（e）圖圖4-29 法蘭密封面的型式法蘭密封面的型式第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計凹凸面法蘭連接凹凸面法蘭連接第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計榫槽面法蘭連接榫槽面法蘭連接第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計突面壓緊面突面壓緊面簡單，加工方便，裝卸容易，易于防腐襯里。簡單，加工方便，裝卸容易，易于防腐襯里。壓緊面可以是平滑的，壓緊

50、面可以是平滑的，適用于適用于PN2.5MPa場合，場合，帶溝槽的（帶溝槽的（ 24條、寬條、寬深為深為0.8mm0.4mm、截面、截面 為三角形周向溝槽），防止非金屬墊片被擠出，適用為三角形周向溝槽），防止非金屬墊片被擠出，適用 更廣。更廣。容器法蘭可用至容器法蘭可用至6.4MPa，管法蘭甚至可用至管法蘭甚至可用至2542MPa，但隨著公稱壓力的提高，適用的公稱直徑相應(yīng)減但隨著公稱壓力的提高，適用的公稱直徑相應(yīng)減小小。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計凹凸壓緊面凹凸壓緊面榫槽壓緊面榫槽壓緊面安裝易于對中，有效防止墊片被擠安裝易于對中，有效防止墊片被擠出，適用于出，適用于PN6.4MPa的容器

51、法蘭的容器法蘭和管法蘭。和管法蘭。由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)，由榫面、槽面配合構(gòu)成，墊片安放在槽內(nèi)，不會被擠出壓緊面，較少受介質(zhì)的沖刷和不會被擠出壓緊面，較少受介質(zhì)的沖刷和腐蝕，所需螺栓力較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更腐蝕，所需螺栓力較小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換墊片較難，只適用于易燃、易爆和高度換墊片較難，只適用于易燃、易爆和高度或極度毒性危害介質(zhì)等重要場合。或極度毒性危害介質(zhì)等重要場合。第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計基本要求基本要求根據(jù)根據(jù)選擇選擇墊片的結(jié)構(gòu)形式、墊片的結(jié)構(gòu)形式、材料、尺寸材料、尺寸墊片的材料不污染工作介質(zhì)、耐腐蝕、具有良好的變形墊片的材料不污染工作介質(zhì)、耐腐蝕、具有良好的變

52、形能力和回彈能力，在工作溫度下不易變質(zhì)硬化或軟化、能力和回彈能力，在工作溫度下不易變質(zhì)硬化或軟化、能重復(fù)使用等。（表能重復(fù)使用等。（表410 墊片選用表）墊片選用表）b、墊片的選擇、墊片的選擇介質(zhì)的壓力、溫度、腐蝕性和壓介質(zhì)的壓力、溫度、腐蝕性和壓緊面的形狀，兼顧價格、制造、緊面的形狀，兼顧價格、制造、更換是否方便等因素來選擇更換是否方便等因素來選擇第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計根據(jù)密封所需壓緊力大小計算螺栓載荷，選根據(jù)密封所需壓緊力大小計算螺栓載荷，選 擇合適的螺栓材料擇合適的螺栓材料計算螺栓直徑與個數(shù)計算螺栓直徑與個數(shù)按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸按螺紋和螺栓標(biāo)準(zhǔn)確定螺栓尺寸最后驗(yàn)算螺

53、栓間距最后驗(yàn)算螺栓間距c、螺栓設(shè)計、螺栓設(shè)計墊片壓緊力墊片壓緊力螺栓載荷計算螺栓載荷計算螺栓設(shè)計螺栓設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計墊片壓緊力墊片壓緊力 預(yù)緊時：預(yù)緊時： byDFGa式中式中 Fa預(yù)緊預(yù)緊狀態(tài)下，需要的狀態(tài)下，需要的最小墊片壓緊力最小墊片壓緊力 墊片墊片有效密封寬度有效密封寬度 y墊片比壓力，由表墊片比壓力，由表4-9查得，查得，MPa DG墊片壓緊力作用中心圓墊片壓緊力作用中心圓計算直徑計算直徑，mm 當(dāng)當(dāng)bo6.4mm時，時， DG等于墊片接觸的平均直徑等于墊片接觸的平均直徑 當(dāng)當(dāng)bo6.4mm時，時， DG等于墊片接觸的外徑減去等于墊片接觸的外徑減去2bbo墊片

54、基本寬度（墊片基本寬度（bo見表見表411） 當(dāng)當(dāng)bo6.4mm時，時，b=bo 當(dāng)當(dāng)bo6.4mm時，時，oobbb53. 24 . 6第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計操作時：操作時：cGPbmpD2F需要的壓緊力由操作密封比壓引起，由于原始定義需要的壓緊力由操作密封比壓引起，由于原始定義m 時時是取是取2倍墊片有效接觸面積上的壓緊載荷等于操作壓力的倍墊片有效接觸面積上的壓緊載荷等于操作壓力的 m倍，所以計算時倍，所以計算時操作密封比壓操作密封比壓應(yīng)為應(yīng)為2mpc，則，則式中式中 Fp操作操作狀態(tài)下，需要的狀態(tài)下，需要的最小墊片壓緊力最小墊片壓緊力，N； m墊片系數(shù)，由表墊片系數(shù)，由表4

55、-9查得；查得；pc計算壓力，計算壓力，MPa。bo墊片基本寬度墊片基本寬度（bo見表見表411） 當(dāng)當(dāng)bo6.4mm時時，b=bo 當(dāng)當(dāng)bo6.4mm時時，oobbb53. 24 . 6第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計表表410 墊墊 片片 選選 用用 表表0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2金屬環(huán)墊金屬環(huán)墊環(huán)連接面環(huán)連接面45153010、0Cr13、0Cr18Ni9金屬齒形墊金屬齒形墊凹凸凹凸4506.410.00Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、金屬包墊、纏繞墊、金屬包墊、柔性石墨復(fù)合墊柔性石墨復(fù)合墊凹凸凹凸414500Cr13

56、鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、柔性石墨纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊復(fù)合墊凹凸凹凸404.00Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、金屬包墊、纏繞墊、金屬包墊、柔性石墨復(fù)合墊柔性石墨復(fù)合墊突（凹凸）突（凹凸）201450耐油橡膠石棉板、耐油橡膠石棉板、0Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板耐油墊、纏繞墊、耐油墊、纏繞墊、金屬包墊、柔性石金屬包墊、柔性石墨復(fù)合墊墨復(fù)合墊突（凹凸）突（凹凸）2002.50Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、金屬包墊、纏繞墊、金屬包墊、柔性石墨復(fù)合墊柔性石墨復(fù)合墊突（凹凸）突（凹凸）

57、201250耐油橡膠石棉板、耐油橡膠石棉板、聚四氟乙烯板聚四氟乙烯板耐油墊、四氟墊耐油墊、四氟墊突（凹凸）突（凹凸）2001.6油品、油油品、油氣，溶劑氣，溶劑（丙烷、（丙烷、丙酮、苯、丙酮、苯、酚、糠醛、酚、糠醛、異丙醇），異丙醇），石油化工石油化工原料及產(chǎn)原料及產(chǎn)品品材材 料料型型 式式墊墊 片片密封面密封面工作溫度工作溫度 /法蘭公稱法蘭公稱壓力壓力/MPa介介 質(zhì)質(zhì)第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計0Cr13、0Cr18Ni9金屬環(huán)墊金屬環(huán)墊環(huán)連接面環(huán)連接面45010.0紫銅板紫銅板紫銅墊紫銅墊凹凸凹凸4006.43.5MPa0Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架

58、、紫銅等骨架、紫銅板板纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊、纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊、紫銅墊紫銅墊3004.02.5 MPa0Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊突突2801.61.0MPa中壓橡膠石棉板中壓橡膠石棉板橡膠墊橡膠墊突突2001.00.3MPa蒸蒸汽汽中壓橡膠石棉板中壓橡膠石棉板橡膠墊橡膠墊突突1501.6壓縮空氣壓縮空氣中壓橡膠石棉板中壓橡膠石棉板橡膠墊橡膠墊凹凸凹凸1502.5氨氨0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2金屬環(huán)墊金屬環(huán)墊環(huán)連接面環(huán)連接面4015300Cr13、0Cr18Ni9金屬環(huán)墊金屬環(huán)墊環(huán)連接面環(huán)連接

59、面25140010、0Cr13、0Cr18Ni9金屬環(huán)墊金屬環(huán)墊環(huán)連接面環(huán)連接面2506.410.00Cr18Ni19鋼帶鋼帶-石墨帶、石墨帶、0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2纏繞墊、金屬齒形墊纏繞墊、金屬齒形墊凹凸凹凸4515300Cr18Ni19鋼帶鋼帶-石墨帶石墨帶石墨石墨-0Cr18Ni19等骨架等骨架纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊凹凸凹凸2514500Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊凹凸凹凸2504.0氫氣、氫氫氣、氫氣與油氣氣與油氣混合物混合物表表410 墊墊 片片 選選 用用 表（續(xù)

60、）表（續(xù)）第四章壓力容器設(shè)計第四章壓力容器設(shè)計耐油橡膠石棉板、石墨耐油橡膠石棉板、石墨-0Cr13等骨架等骨架耐油墊、柔性石耐油墊、柔性石墨復(fù)合墊墨復(fù)合墊突突-2004.0低溫油氣低溫油氣蒙乃爾合金帶蒙乃爾合金帶-石墨帶、石墨帶、蒙乃爾合金板蒙乃爾合金板纏繞墊、金屬平纏繞墊、金屬平墊墊凹凸凹凸1704.0氫氟酸氫氟酸紫銅紫銅金屬平墊金屬平墊2601.0環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷0Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石墨石墨-0Cr13等骨架等骨架纏繞墊、柔性石纏繞墊、柔性石墨復(fù)合墊墨復(fù)合墊突突502.5耐油橡膠石棉板耐油橡膠石棉板耐油墊耐油墊突突501.6液化石油氣液化石油氣0Cr13鋼帶鋼帶-石棉板石棉板石