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法蘭墊片和螺栓(shuān)法(fǎ)蘭連接係統
發布(bù)時間:2018-07-28 15:17:30 發布者:guanly9

 

  法蘭墊片(piàn)是夾(jiá)持在一對法蘭密封麵之間的單(dān)個(gè)密(mì)封(fēng)零件。安裝時(shí),通過擰緊螺栓對法蘭(lán)施加(jiā)一外力,該外力傳遞給墊片,使墊(diàn)片發生壓縮變(biàn)形。從能量的概念(niàn)出發,外力作(zuò)用墊片(piàn)所做的功(gōng),若不考慮任何能量損失(shī),將全部轉變為(wéi)變形能,貯(zhù)存於墊片(piàn)內。工作時,密封流體壓力迫使法蘭密封麵分離,壓縮墊片的載荷(hé)被部分卸除,貯(zhù)存於墊片中的變形能(néng)以做功的方式來恢複變(biàn)形,即墊片釋放其能量。若貯存的變形能尚有剩餘,墊(diàn)片與法蘭密封麵仍保持接(jiē)觸,法蘭不會發生泄漏。所以,墊片也被(bèi)描述為(wéi)“密(mì)封(fēng)在兩個表麵之間,並貯(zhù)存有能(néng)量的一個裝置”。

法蘭(lán)

  一、螺(luó)栓法蘭連(lián)接(jiē)係統(tǒng)

  如(rú)技術上和(hé)經濟上可行,能(néng)夠製造出十分光滑和精細的兩被連接件的接合麵,並用(yòng)螺(luó)栓連(lián)接起來(lái),使(shǐ)兩(liǎng)接合麵始終保持接(jiē)觸,則接合麵(miàn)之間就不需要(yào)放置墊片,此種螺栓連接稱為無墊(diàn)螺(luó)栓接頭(non-gasketed bolt joints),常用於汽車(chē)、飛機、鋼結(jié)構、重型(xíng)設備等領(lǐng)域。但是由於設備結構和尺寸的(de)限製(zhì),加工和安裝很難得(dé)到理想的光滑接合(hé)麵;其次,接合(hé)麵也會隨時(shí)間推(tuī)移產生腐蝕或磨蝕,而變得不光滑。因此,需要在這些接(jiē)合(hé)麵中間安裝墊片作為過渡元件,以此與結合麵形成緊密的接觸,提供(gòng)連(lián)接(jiē)必需的密(mì)封,並與無墊(diàn)螺(luó)栓接頭相比,可以在較(jiào)低(dī)螺(luó)栓載荷下經濟地實(shí)現密封,該種(zhǒng)螺栓連接稱為墊片螺(luó)栓接頭(tóu)(gasketed bolt joints),是壓力管道,壓力容器和承壓設(shè)備應用最廣泛,使用最(zuì)頻繁的可拆式連接。由於被連接件通常采用一(yī)對法蘭,法蘭一端(duān)與殼體或管(guǎn)道相連(lián),並用一組(zǔ)螺栓將(jiāng)兩法蘭緊固在(zài)一起。通常把此類(lèi)螺(luó)栓連接(jiē)稱為螺栓法蘭(lán)連接(bolted flanged connection,BFC)或(huò)螺(luó)栓法蘭接頭(bolted flanged joint,BFJ),如圖3.18所示。

  由此可見,BFC是(shì)一(yī)個由法蘭、螺栓和(hé)墊片等元(yuán)件組(zǔ)成(chéng)的組合件。兩個法蘭可以(yǐ)是(shì)同樣型式(shì)和材料(liào)的法蘭,也可以是(shì)不同(tóng)型式和(或)材料的法蘭,或者其中一(yī)個是用螺栓連接的平蓋。而墊片總(zǒng)是(shì)比法蘭密封軟的材料(liào)製成。

  二、兩種螺(luó)栓法蘭連接型式

  根據密封原理(lǐ),將螺栓法蘭連接分為(wéi)浮動型(floating type,FL)或金屬與金屬非接(jiē)觸型(nonmetal-to-metal contact)螺栓法蘭(lán)連接和(hé)金(jīn)屬與金屬(shǔ)接觸(chù)型(metal to metal contact,MMC)螺栓法蘭連接兩大(dà)類。如圖3.19(a)所(suǒ)示(shì),浮動型的螺(luó)栓法蘭連接指(zhǐ)墊片夾持(chí)在一對法蘭的(de)兩個接合麵之(zhī)間,自從預(yù)緊(jǐn)螺(luó)栓的安裝(zhuāng)開始,直(zhí)到法蘭連(lián)接的整個服役期(qī)內,法蘭接合麵不發生任何接觸,因此螺栓(shuān)預緊載(zǎi)荷完全作用在墊片上(shàng),而進入運行後,墊片(piàn)初始載荷(hé)將(jiāng)隨外部載荷作用增加或(huò)減少(shǎo),且墊片(piàn)上的(de)載荷分布也是不均勻(yún)的。而金屬與金屬接觸型(下稱“MMC”)的螺栓法蘭連接可使(shǐ)用與浮(fú)動(dòng)型(xíng)螺栓(shuān)法蘭連接同樣(yàng)的法蘭,隻是將某些(xiē)型(xíng)式的壓縮限製(zhì)裝置放在(zài)螺栓中心圓內的法蘭接合麵上(shàng),次(cì)壓縮限製裝置也可以是墊(diàn)片一部分或(huò)獨立的(de)一個部件,起限位器(qì)的(de)作(zuò)用(yòng),如圖3.19(b)所以。因此,當螺栓預緊後,法蘭的(de)兩接合麵金屬(shǔ)或法蘭接合麵(miàn)金(jīn)屬與壓縮限製器(qì)金屬之間發生機(jī)械(xiè)接觸。相比浮動型,MMC型螺栓法蘭連接的主要特點(diǎn)是螺栓必須被(bèi)施加到(dào)足夠高(gāo)的載荷,除了達(dá)到金屬接觸外,且保證在其後(hòu)任何(hé)外部載荷作(zuò)用(yòng)下,在整個法蘭連接的(de)全生命周期內始終保持金屬接觸而不脫離,這樣(yàng)墊(diàn)片上載荷也總是保(bǎo)持固定,並周向均(jun1)勻分布。壓縮限(xiàn)製裝置起了承攬(lǎn)外部載荷的作用,提供了法蘭接頭(tóu)最佳(jiā)的(de)密封性能。因此,浮(fú)動型和MMC型法蘭螺栓連(lián)接的主要區別(bié)在於(yú)墊片環境的任何改變不會導致幹擾(rǎo)墊片載荷大小和分布的風(fēng)險,因這些幹擾,包括(kuò)自重、流體(tǐ)壓力、外彎矩和溫度變化等(děng)載(zǎi)荷及其波動都被(bèi)轉移(yí)到螺栓和機械接觸部件上去。其次,MMC法(fǎ)蘭螺(luó)栓連接也減少(shǎo)了螺栓因承受循環(huán)載荷(hé),發(fā)生疲(pí)勞或(huò)鬆(sōng)脫的危險。此外,它還提高了法蘭的(de)剛性(xìng),減少了法蘭的(de)轉角。

法蘭(lán)

  三、螺栓(shuān)法(fǎ)蘭連接的載荷

  如圖3.20所示,作用在螺栓法蘭連(lián)接上的載荷如下。

  ①壓力(lì)載荷P:沿徑向均勻作用在法(fǎ)蘭內壁和墊片內圓(yuán)表(biǎo)麵的介質內(nèi)壓力。

  ②端部載(zǎi)荷W:作用(yòng)在法蘭(lán)端部介質內壓力產(chǎn)生的(de)軸向載荷,它使法蘭軸向分離。

  ③螺栓載荷F:擰緊螺(luó)母時拉伸螺栓(shuān)的力,此反(fǎn)作(zuò)用(yòng)力用於壓縮法蘭。

  ④墊(diàn)片載荷(hé)G:法蘭作用於墊片的壓縮力。施加在墊片上的壓縮載荷,一部分用於使(shǐ)墊片材料發生流動,用於填(tián)充法(fǎ)蘭密封(fēng)表麵的凹坑和其他(tā)不規則(zé)形狀缺(quē)陷,其餘部(bù)分用以補償內(nèi)壓(yā)、法蘭和螺栓熱膨(péng)脹差等引起密封麵(miàn)分離,防止密封介質泄露(lù)。

  ⑤外(wài)力T和外力距M:它是與法蘭(lán)相連接的設(shè)備(bèi)和管(guǎn)道作(zuò)用在法(fǎ)蘭的(de)軸向外(wài)力或(huò)(和)麵內外力距(jù)。

  通常(cháng),法蘭墊片發生泄(xiè)露是(shì)由於墊片本身存在泄露通道(dào)(內部泄露),或者是(shì)通過(guò)墊片表(biǎo)麵與法(fǎ)蘭(lán)密封麵(miàn)間的(de)通道(dào)泄(xiè)露(lù)(界麵泄(xiè)露)。當擰緊法蘭螺栓時,墊(diàn)片(piàn)上下表麵受到擠壓後,內部泄露(lù)通道趨於閉合,而表麵的(de)變形堵塞(sāi)了(le)界(jiè)麵的泄露通道。因此,螺(luó)栓預(yù)緊載(zǎi)荷或(huò)墊片(piàn)預緊應力(lì)的大小(xiǎo)和分布狀(zhuàng)況,是影響螺栓法蘭連接密封(fēng)能力的最(zuì)直接,也是最重要的因素(sù)。



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