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”。

　　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。

　　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）。