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新聞信息
法蘭墊片和螺栓法蘭連接系統(tǒng)
發(fā)布時(shí)間:2018-07-28 15:17:30 發(fā)布者:guanly9

 

  法蘭墊片是夾持在一對(duì)法蘭密封面之間的單個(gè)密封零件。安裝時(shí),通過擰緊螺栓對(duì)法蘭施加一外力,該外力傳遞給墊片,使墊片發(fā)生壓縮變形。從能量的概念出發(fā),外力作用墊片所做的功,若不考慮任何能量損失,將全部轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃文?,貯存于墊片內(nèi)。工作時(shí),密封流體壓力迫使法蘭密封面分離,壓縮墊片的載荷被部分卸除,貯存于墊片中的變形能以做功的方式來恢復(fù)變形,即墊片釋放其能量。若貯存的變形能尚有剩余,墊片與法蘭密封面仍保持接觸,法蘭不會(huì)發(fā)生泄漏。所以,墊片也被描述為“密封在兩個(gè)表面之間,并貯存有能量的一個(gè)裝置”。

法蘭

  一、螺栓法蘭連接系統(tǒng)

  如技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行,能夠制造出十分光滑和精細(xì)的兩被連接件的接合面,并用螺栓連接起來,使兩接合面始終保持接觸,則接合面之間就不需要放置墊片,此種螺栓連接稱為無墊螺栓接頭(non-gasketed bolt joints),常用于汽車、飛機(jī)、鋼結(jié)構(gòu)、重型設(shè)備等領(lǐng)域。但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)和尺寸的限制,加工和安裝很難得到理想的光滑接合面;其次,接合面也會(huì)隨時(shí)間推移產(chǎn)生腐蝕或磨蝕,而變得不光滑。因此,需要在這些接合面中間安裝墊片作為過渡元件,以此與結(jié)合面形成緊密的接觸,提供連接必需的密封,并與無墊螺栓接頭相比,可以在較低螺栓載荷下經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)密封,該種螺栓連接稱為墊片螺栓接頭(gasketed bolt joints),是壓力管道,壓力容器和承壓設(shè)備應(yīng)用最廣泛,使用最頻繁的可拆式連接。由于被連接件通常采用一對(duì)法蘭,法蘭一端與殼體或管道相連,并用一組螺栓將兩法蘭緊固在一起。通常把此類螺栓連接稱為螺栓法蘭連接(bolted flanged connection,BFC)或螺栓法蘭接頭(bolted flanged joint,BFJ),如圖3.18所示。

  由此可見,BFC是一個(gè)由法蘭、螺栓和墊片等元件組成的組合件。兩個(gè)法蘭可以是同樣型式和材料的法蘭,也可以是不同型式和(或)材料的法蘭,或者其中一個(gè)是用螺栓連接的平蓋。而墊片總是比法蘭密封軟的材料制成。

  二、兩種螺栓法蘭連接型式

  根據(jù)密封原理,將螺栓法蘭連接分為浮動(dòng)型(floating type,FL)或金屬與金屬非接觸型(nonmetal-to-metal contact)螺栓法蘭連接和金屬與金屬接觸型(metal to metal contact,MMC)螺栓法蘭連接兩大類。如圖3.19(a)所示,浮動(dòng)型的螺栓法蘭連接指墊片夾持在一對(duì)法蘭的兩個(gè)接合面之間,自從預(yù)緊螺栓的安裝開始,直到法蘭連接的整個(gè)服役期內(nèi),法蘭接合面不發(fā)生任何接觸,因此螺栓預(yù)緊載荷完全作用在墊片上,而進(jìn)入運(yùn)行后,墊片初始載荷將隨外部載荷作用增加或減少,且墊片上的載荷分布也是不均勻的。而金屬與金屬接觸型(下稱“MMC”)的螺栓法蘭連接可使用與浮動(dòng)型螺栓法蘭連接同樣的法蘭,只是將某些型式的壓縮限制裝置放在螺栓中心圓內(nèi)的法蘭接合面上,次壓縮限制裝置也可以是墊片一部分或獨(dú)立的一個(gè)部件,起限位器的作用,如圖3.19(b)所以。因此,當(dāng)螺栓預(yù)緊后,法蘭的兩接合面金屬或法蘭接合面金屬與壓縮限制器金屬之間發(fā)生機(jī)械接觸。相比浮動(dòng)型,MMC型螺栓法蘭連接的主要特點(diǎn)是螺栓必須被施加到足夠高的載荷,除了達(dá)到金屬接觸外,且保證在其后任何外部載荷作用下,在整個(gè)法蘭連接的全生命周期內(nèi)始終保持金屬接觸而不脫離,這樣墊片上載荷也總是保持固定,并周向均勻分布。壓縮限制裝置起了承攬外部載荷的作用,提供了法蘭接頭最佳的密封性能。因此,浮動(dòng)型和MMC型法蘭螺栓連接的主要區(qū)別在于墊片環(huán)境的任何改變不會(huì)導(dǎo)致干擾墊片載荷大小和分布的風(fēng)險(xiǎn),因這些干擾,包括自重、流體壓力、外彎矩和溫度變化等載荷及其波動(dòng)都被轉(zhuǎn)移到螺栓和機(jī)械接觸部件上去。其次,MMC法蘭螺栓連接也減少了螺栓因承受循環(huán)載荷,發(fā)生疲勞或松脫的危險(xiǎn)。此外,它還提高了法蘭的剛性,減少了法蘭的轉(zhuǎn)角。

法蘭

  三、螺栓法蘭連接的載荷

  如圖3.20所示,作用在螺栓法蘭連接上的載荷如下。

 ?、賶毫d荷P:沿徑向均勻作用在法蘭內(nèi)壁和墊片內(nèi)圓表面的介質(zhì)內(nèi)壓力。

 ?、诙瞬枯d荷W:作用在法蘭端部介質(zhì)內(nèi)壓力產(chǎn)生的軸向載荷,它使法蘭軸向分離。

 ?、勐菟ㄝd荷F:擰緊螺母時(shí)拉伸螺栓的力,此反作用力用于壓縮法蘭。

 ?、軌|片載荷G:法蘭作用于墊片的壓縮力。施加在墊片上的壓縮載荷,一部分用于使墊片材料發(fā)生流動(dòng),用于填充法蘭密封表面的凹坑和其他不規(guī)則形狀缺陷,其余部分用以補(bǔ)償內(nèi)壓、法蘭和螺栓熱膨脹差等引起密封面分離,防止密封介質(zhì)泄露。

  ⑤外力T和外力距M:它是與法蘭相連接的設(shè)備和管道作用在法蘭的軸向外力或(和)面內(nèi)外力距。

  通常,法蘭墊片發(fā)生泄露是由于墊片本身存在泄露通道(內(nèi)部泄露),或者是通過墊片表面與法蘭密封面間的通道泄露(界面泄露)。當(dāng)擰緊法蘭螺栓時(shí),墊片上下表面受到擠壓后,內(nèi)部泄露通道趨于閉合,而表面的變形堵塞了界面的泄露通道。因此,螺栓預(yù)緊載荷或墊片預(yù)緊應(yīng)力的大小和分布狀況,是影響螺栓法蘭連接密封能力的最直接,也是最重要的因素。




 
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