液压法兰连接设计的一般考虑
法兰连接是过程装备中低压设备、管道和阀门中应用最广泛的可拆连接,这种由垫片法兰一螺栓组成的结构的力学和密封行为比其他机械构件复杂,因为它受到许多因素的影响以致工作时的性能很难预测或解释。首先螺栓和螺母之间的摩擦关系复杂,依靠普通的拧紧工具,不可能控制与预测螺栓的预紧载荷;其次,这些性能受到各个零件弹性的制约,尤其存在垫片时。整个结构表现出弹塑的行为。垫片像弹簧(非线性),螺栓则像拉簧,法兰浮动在两个弹簧之间,也像一个转动弹簧,这种系统显然是静不定的,因此问题变得更加复杂了。如此的弹簧系统又承受着多种载荷,如螺栓力、垫片反作用力和流体压力,还可能有与之相连设备或管道的反作用力(如重量、热膨胀等),这些力最终使法兰受到一外加弯矩的作用,在弯矩的作用下,法兰发生弯曲变形与角变形。因此设计的一般目的是对于已知的垫片特性,确定法兰和螺栓等结构的安全、经济尺寸。同时整个系统达到规定的密封度要求。即 结构完整性―整个结构的机械或热应力必须在材料允许范围内。
常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。平焊法兰的刚性较差,适用于压力p≤4MPa的场合;对焊法兰又称高颈法兰,刚性较大,适用于压力温度较高的场合。法兰密封面的型式有三种:平面型密封面,适用于压力不高的场合;凹凸密封面,适用于压力稍高的场合;榫槽密封面,适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。垫片是一种能产生塑性变形、并具有一定强度的材料制成的圆环。
法兰连接标准
法兰是通用的机械零件,对常用的法兰已经标准化。在过程装备中,无论是容器和设备法兰,还是管道法兰,国内外已经形成了包括法兰、垫片和螺栓的系列化的标准体系。
法兰类型主要根据用途分为容器法兰和管道法兰两类,根据法兰密封面的宽窄分为宽面法兰和窄面法兰;根据制造材料分为金属法兰和非金属法兰两类,其中前者又分成钢制法兰、铸铁法兰、有色金属法兰;根据形状分为圆形、矩形、椭圆形;根据与容器或管道的连接方式分焊接结构和非焊接结构等。