液壓法蘭連接設(shè)計(jì)的一般考慮
法蘭連接是過程裝備中低壓設(shè)備、管道和閥門中應(yīng)用最廣泛的可拆連接,這種由墊片法蘭一螺栓組成的結(jié)構(gòu)的力學(xué)和密封行為比其他機(jī)械構(gòu)件復(fù)雜,因?yàn)樗艿皆S多因素的影響以致工作時(shí)的性能很難預(yù)測或解釋。首先螺栓和螺母之間的摩擦關(guān)系復(fù)雜,依靠普通的擰緊工具,不可能控制與預(yù)測螺栓的預(yù)緊載荷;其次,這些性能受到各個(gè)零件彈性的制約,尤其存在墊片時(shí)。整個(gè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出彈塑的行為。墊片像彈簧(非線性),螺栓則像拉簧,法蘭浮動(dòng)在兩個(gè)彈簧之間,也像一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧,這種系統(tǒng)顯然是靜不定的,因此問題變得更加復(fù)雜了。如此的彈簧系統(tǒng)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(shè)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(fā)生彎曲變形與角變形。因此設(shè)計(jì)的一般目的是對于已知的墊片特性,確定法蘭和螺栓等結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)尺寸。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的密封度要求。即 結(jié)構(gòu)完整性―整個(gè)結(jié)構(gòu)的機(jī)械或熱應(yīng)力必須在材料允許范圍內(nèi)。
常見的整體法蘭有平焊法蘭及對焊法蘭。平焊法蘭的剛性較差,適用于壓力p≤4MPa的場合;對焊法蘭又稱高頸法蘭,剛性較大,適用于壓力溫度較高的場合。法蘭密封面的型式有三種:平面型密封面,適用于壓力不高的場合;凹凸密封面,適用于壓力稍高的場合;榫槽密封面,適用于易燃、易爆、有毒介質(zhì)及壓力較高的場合。墊片是一種能產(chǎn)生塑性變形、并具有一定強(qiáng)度的材料制成的圓環(huán)。
法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)
法蘭是通用的機(jī)械零件,對常用的法蘭已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在過程裝備中,無論是容器和設(shè)備法蘭,還是管道法蘭,國內(nèi)外已經(jīng)形成了包括法蘭、墊片和螺栓的系列化的標(biāo)準(zhǔn)體系。
法蘭類型主要根據(jù)用途分為容器法蘭和管道法蘭兩類,根據(jù)法蘭密封面的寬窄分為寬面法蘭和窄面法蘭;根據(jù)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(jù)形狀分為圓形、矩形、橢圓形;根據(jù)與容器或管道的連接方式分焊接結(jié)構(gòu)和非焊接結(jié)構(gòu)等。