法兰设计

Hefei University《化工机械与设备》过程考核之二——常用零部件设计题目：1Mpa旋风分离器的法兰设计与选型系别：化学材料与工程系班级：09化工（1）姓名：学号：0903021013队别：Team 7队员：李岩（队长）、刘少成、汤成、吕由、贺朋成教师：胡科研日期：2011-12-20目录1、概述 (2)2、法兰的工艺设计 (3)2.1压力容器法兰的分类 (3)2.2 法兰的标准 (4)2.3 法兰的选用 (4)3、法兰的机械设计 (5)3.1 螺栓的选择 (6)3.2垫片的选择 (7)3.3法兰的应力校核 (8)4、总结 (9)参考文献 (9)附图 (10)1、概述法兰就是使管子与管子相互连接的零件，连接章丘法兰于管端。

法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。

法兰间用衬垫密封。

法兰管件(flanged pipe fittings)指带有法兰(突缘或接盘)的管件。

它可由浇铸而成，也可由螺纹连接或焊接构成。

法兰是一种盘状零件，在管道工程中最为常见，法兰都是成对使用的。

在管道工程中，法兰主要用于管道的连接。

在需要连接的管道，各种安装一片法兰盘，低压管道可以使用丝接法兰，4公斤以上压力的使用焊接法兰。

两片法兰盘之间加上密封点，然后用螺栓紧固。

不同压力的法兰有不同的厚度和使用不同的螺栓。

法兰连接是管道施工的重要连接方式。

法兰连接(flange，joint)由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。

垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使连接严密不漏。

法兰连接是一种可拆连接。

按所连接的部件可分为容器法兰及管法；按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。

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、介质无毒的场合；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。

3.2法兰的设计法兰连接是化工容器、管通常用的一种可拆连接型式。

本节从如何满足法兰连接密封的可靠性、足够的强度等出发，简要介绍垫片、螺栓及法兰本体的设计等问题。

3.2.1 基本要求1、正确理解法兰连接的密封原理，了解影响密封的因素。

2、掌握垫片材料类型及垫片的选择，并理解垫片性能参数的物理意义。

3、掌握螺栓载荷的计算及螺栓的设计问题。

4、了解法兰的结构及其特点，并能使用法兰标准正确选用法兰。

5、掌握非标准法兰结构尺寸的确定和强度计算方法。

3.2.2 内容提要1、法兰连接通过紧固螺栓压紧垫片实现密封。

法兰密封的泄漏形式包括渗透泄漏和界面泄漏。

当法兰通过螺栓压紧垫片时，使垫片发生变形，并提供垫片与密封面的压紧力，以形成压力介质通过密封面的阻力，当这种阻力大于密封元件两侧的介质压力差时，介质即被密封住。

垫片性能、螺栓力大小、密封面型式及尺寸精度、法兰刚度及操作条件等均影响密封的可靠性。

2、法兰连接设计中首先面临垫片选择。

垫片是法兰密封中的主要元件，为形成密封，主要要求垫片具有适宜的变形和回弹能力。

垫片按材料分为非金属垫、金属垫和组合垫三种。

由于法兰密封面有平面、凹凸面、榫槽面、梯形槽等，因此与不同密封面相匹配的垫片结构也不完全相同。

设计时主要根据介质的特性、温度、压力，确定垫片的材料、结构型式及尺寸。

预紧密封比压y 和垫片系数m 是表征垫片特征的两个主要参数。

预紧密封比压y 是指预紧时迫使垫片变形与密封面接触以形成初始密封条件，垫片上所必须的单位面积上的最小压紧载荷。

垫片系数m 是指操作时达到密封不漏，垫片上所必须维持的工作密封比压8σ与介质压力p 的比值。

y 、m 的大小与垫片材料、结构等因素有关。

设计时，由y 、m 确定垫片在预紧和操作状态下的压紧力大小。

3、在法兰连接结构中，连接螺栓提供压紧力。

螺栓力既要保证预紧和操作时密封不漏，又要不致把垫片压坏。

计算螺栓预紧和操作状态所需最小载荷和螺栓最小截面积如表3-2所示。

方形法兰连接设计
方形法兰连接设计是一种用于管道工程中的连接方式，通过法兰盘和螺栓等组件实现两个管道的连接。

这种连接方式具有以下特点：
- 稳定性：法兰连接设计使得橡胶接头在施工过程中能够保持正常状态，避免因人为因素而发生弯曲。

- 兼容性：法兰盘可以采用截止阀法兰盘或符合GB/T9115.1（RF）标准的法兰盘，以确保连接的稳定性。

- 耐腐蚀性：可以承受普通水、油、强碱、强酸等物质的浸蚀，以及高温环境的考验。

- 可调节性：当管道偏移量超过接头时，通过增加接头数量，可以调节管道的误差，使连接处在有限的资源拉伸应变偏位和偏差内。

在进行方形法兰连接设计时，需要考虑到连接的稳定性、密封性和耐用性。

同时，还应根据实际应用场景选择合适的材料和尺寸，以确保连接的可靠性和安全性。

法兰设计存在的问题及对策摘要：法兰在压力容器的设计中起着重要作用。

因此，本文简要介绍了压力容器法兰及其类型和设计特点。

设备法兰在压力容器设计中需要特别重视。

还有设计中，例如法兰材料选择偏差、估计寿命偏差和热处理不足，这些问题都会对法兰产生很大影响。

本文阐述了压力容器法兰设计中存在的问题和处理措施。

关键词:压力容器;设备法兰;解决对策近年来，我国社会经济的快速发展使化工行业取得了显着进步，这不仅增加了生产任务，而且还需要提高生产效率和质量要求。

在这方面，压力容器中法兰被认为是最重要的设备之一，法兰作为压力容器单元的主要部件，影响压力容器的功能和性能。

因此，在新形势下，我们必须考虑设计压力容器法兰的具体可行对策。

一、压力容器设计特点1.设计和制造过程需要高度的专业知识。

在设计压力容器时，需要测试各种组件，以便设计者具备掌握先进计算技术所需的专业知识和经验，压力容器的设计旨在确保高度的安全性并减少外部因素的影响。

2.制造工艺需要高度的安全性。

压力容器的操作环境特点是高温、高压、真空和腐蚀。

压力容器中的一些材料有毒、易燃、易爆等危险因素。

为此，我们必须严格保证设计、制造和使用过程的专业化和标准化。

遵守生产规则，生产高质量压力容器，提高生产水平和安全性。

生产压力容器时，必须在不同阶段应用不同的生产标准，以满足不同时间的使用要求，提高容器的效率，企业需引进提高制造标准的新技术和方法。

二、法兰的相关概述在石油化工行业，压力容器是影响工业生产的重要设备，法兰是压力容器不可或缺的组成部分。

在工业生产中，压力容器的边缘必须按照设备的技术要求和安装需要进行调整。

压力容器有不同的法兰，可分为整体法兰和任意法兰，不同的法兰具有不同的特性。

法兰设计的主要目的是确保法兰强度。

如果强度达不到预定值，则应在适当的范围内进行调整和研究工作，例如检查密封尺寸以减少法兰上的弯矩。

要连接法兰，必须将其焊接到外壳上。

对相关规范的研究可以发挥法兰有效作用。

法兰盘设计说明书摘要：一、法兰盘概述1.定义与作用2.分类及特点二、法兰盘设计原则1.设计依据2.设计要求三、法兰盘设计流程1.设计准备2.设计步骤3.设计校核四、法兰盘材料选择1.材料种类2.选材原则五、法兰盘连接方式1.螺纹连接2.焊接连接3.法兰连接六、法兰盘应用领域1.工业领域2.建筑领域3.其他领域正文：法兰盘设计说明书一、法兰盘概述法兰盘，又称法兰，是一种用于连接管道、阀门、泵等设备的零部件。

其主要作用是使连接的管道在连接处保持密封，防止流体泄漏。

根据连接方式、形状和材料的不同，法兰盘可分为多种类型，具有各自的特点。

二、法兰盘设计原则1.设计依据法兰盘的设计应依据我国相关标准和规范，如GB/T 9119-2010《钢制管法兰》等。

2.设计要求法兰盘的设计应满足以下要求：（1）确保连接处的密封性能；（2）承受管道及设备的工作压力、温度等；（3）便于安装、拆卸和维修；（4）满足工程成本和使用寿命要求。

三、法兰盘设计流程1.设计准备（1）了解法兰盘的相关标准和规范；（2）收集法兰盘所连接的管道、阀门、泵等设备的技术参数；（3）分析法兰盘的工作环境，如温度、压力、介质等。

2.设计步骤（1）根据设备参数和连接方式选择合适的法兰盘类型；（2）根据工作压力、温度等计算法兰盘的尺寸；（3）设计法兰盘的连接螺栓、垫片等部件；（4）绘制法兰盘的详细设计图纸。

3.设计校核（1）校核法兰盘的尺寸是否满足标准要求；（2）校核法兰盘的材料选择是否合理；（3）校核法兰盘的连接方式是否满足使用要求。

四、法兰盘材料选择1.材料种类法兰盘的材料主要有碳钢、不锈钢、合金钢等。

根据不同的使用环境和要求，选择合适的材料种类。

2.选材原则（1）保证法兰盘的强度和刚度；（2）考虑法兰盘的耐腐蚀性；（3）考虑法兰盘的成本。

五、法兰盘连接方式1.螺纹连接通过螺纹将法兰盘与管道连接，具有拆卸方便、密封性能较好的特点。

2.焊接连接通过焊接将法兰盘与管道连接，具有连接牢固、密封性能好的特点。

法兰设计总结普通平面法兰零件常见的有两种:一种是圆形的,一种是方形的(多边形)。

如果有密封要求,则要标注平行度,如无要求,平行度可以不标注。

主要使用场合:低转速、地震动、油脂润滑、不移动的设备上面,在机床上面经常可以看到该应用;其特点是加工简单,成本低,拆卸方便。

主要使用场合:低转速、地震动、油脂润滑或者工作环境要求不高的设备上面,在卧式齿轮减速机上面经,常可以看到该应用,多用在野外环境,安全系数很高,平常很少维护；其特点是加工简单,成本低,但是维护拆卸不方便,需要打开箱体(分体式)。

带止口法兰在机械行业应用非常多，该方式被行业广泛接受。

主要特点:密封好，抗震性能好，螺栓不受剪切力,检修方便。

轴承座法兰在传动机构中应用十分善遍，它可以有效降低箱体尺寸和加工难度，简化箱体结构,又方便与组装和轴向位置调整，伞齿轮轴系结构和动力传递介轮轴系结构大多采用该方法。

轴承座法兰结构可以以部装形式存在,也就是说其内部各零件装配完成后,可以作为一个单元安装在箱体上。

在检修时,可将该单元拆下，对其他相关零件影响不大。

这种结构连接率固,螺栓不受剪切力的作用,抗震能力强。

该组件与其他传动件相关联，其标注方法如下:（主要区别:基准、同轴度)该组件与其他传动件相不关联，其标注方法如下: （主要区别:基准、同轴度)双面法兰在设计中也经常出现，也可称为转接法兰，其目的是解决两个零部件在连接是，连接尺寸不匹配问题。

从该零件的使用功能上看,同轴度是首要控制要素,由于止口尺寸较短,只控制同轴度还不能够满足要求,还需要控制平行度，在两个要素的共同作用下,我们的目的才能实现。

两面法兰除了上述形式外,还有以下多种形式，比如止口加O型圈等,标注要素与上图相同。

黑龙江科技学院机械制造技术基础课程设计题目：I轴法兰盘机械加工工艺规程及钻Φ9孔工艺装备设计班级：姓名：学号：指导教师：完成日期：2011.06.24任务书一、设计题目: I轴法兰盘机械加工工艺规程及 [2]钻Φ9孔工艺装备设计二、原始资料(1) 被加工零件的零件图 1张(2) 生产类型:（中批或大批大量生产）三、上交材料1．所加工的零件图 1张2．毛坯图 1张3．编制机械加工工艺过程卡片 1套4．编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片 1套5．绘制夹具装配图（A0或A1） 1张6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。

装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。

1张7．课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。

（约5000-8000字） 1份四、进度安排本课程设计要求在3周内完成。

1．第l～2天查资料，绘制零件图。

2．第3～7天，完成零件的工艺性分析,确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。

3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。

4．第11～13天，完成夹具装配图的绘制。

5．第14～15天，零件图的绘制。

6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。

7．第19天～21天，完成图纸和说明书的输出打印。

答辩五、指导教师评语该生设计的过程中表现，设计内容反映的基本概念及计算，设计方案，图纸表达，说明书撰写，答辩表现。

综合评定成绩：指导教师日期摘要本课程设计主要内容包括94006I轴法兰盘工艺过程设计和钻49⨯∅孔的专用夹具设计，在课程设计过程中完成了零件图、毛坯图、夹具体装配图和夹具体零件图的绘制。

能够顺利的完成这次课程设计，首先得助于冷岳峰老师的悉心指导，同学们的耐心解答。

在设计过程中，缺乏实际的生产经验，导致在设计中碰到了许多的问题。

但在同学们的帮助下，通过请教老师，翻阅资料、查工具书，解决设计过程中的许多的问题。

非标设备法兰设计要点的探讨摘要：设备法兰是压力容器中的主要受压元件之一，更是连接换热器的管程和壳程的重要元件，设备法兰和垫片、螺柱连接组合在一起形成了设备的密封结构，如果法兰设计不合理，会引起法兰产生过大翘曲变形而使法兰密封失效，引起设备泄露，危害人们的生命财产安全，因此设备法兰设计的合理性在整个压力容器的质量中起到重要作用。

关键字：非标设备法兰设计计算焊接1法兰设计计算① 法兰设计条件某设备原料气预热器，其设计参数如下：设计压力——6.7（壳程）/6.9（管程）MPa；设计温度——460（壳程）/400（管程）°C;工作温度——453.25/388.93（壳程）/240.32/305（管程）°C;工作压力——6.13（壳程）/6.18（管程）；容器类别——II类；腐蚀裕量——6.0（壳程）/6.0（管程）mm主体材料——12Cr2Mo1R（壳程）/15CrMoR（管程）其整体设备图形如下：图1在此台设备中，两个腔室的设计参数相差不大，先按照相对苛刻的壳程的设计参数进行法兰的设计，然后再校核管程的法兰尺寸，确保管程、壳程的法兰都满足设计参数要求。

1.法兰标准在实际工程应用中，如果设备法兰的设计，首先判定是否满足标准法兰即文献2的要求，如果所选法兰满足标准法兰的要求，就直接选用标准的，既方便制造，又能保证法兰设计的合理性。

判断方法：主要看设计压力、设计温度、材料是否满足标准规定。

查标准中的长颈对焊法兰的标准后发现其标准只适用于公称压力为0.6~6.4MPa，工作温度-70~450°C，腐蚀余量≤3mm，对比此设备设计参数后发现，压力、温度、腐蚀余量均超标，虽然材料符合标准，故无法选用标准法兰。

这里需要特别指出点是，一是，在工程应用上，查询法兰标准即文献2时，表7所对应的最大允许工作压力、工作温度均与设计参数中的设计压力、设计温度相对应。

二是，设备法兰标准一般都选用锻件，如果选用板材的话，按照法兰标准的话，必须要满足文献2中6.2中关于材料的要求。

法兰连接设计计算手册一、法兰类型与规格根据不同应用场合，法兰连接的类型多种多样。

常见的类型有平焊法兰、对焊法兰、承插焊法兰、松套法兰等。

规格主要取决于法兰的标准，如国标、美标、德标等。

在设计时，需根据管道的介质、压力、温度等参数选择合适的法兰类型与规格。

二、螺栓预紧力计算螺栓预紧力是保证法兰密封的重要因素。

预紧力过小可能导致泄漏，过大则可能使螺栓断裂。

预紧力的计算需考虑螺栓的截面积、材料的弹性模量、法兰的刚度等因素。

常用的预紧力计算公式为：F=KxπdxF=KxπdxF=Kxπd×n×P 其中，F为预紧力，K为预紧系数，d为螺栓直径，n为螺栓数量，P为管道工作压力。

三、法兰面压力设计法兰面压力是法兰能够承受的最大压力。

在设计时，需考虑管道内部的压力波动以及外部载荷对法兰的影响。

法兰面压力的计算公式为：P=pmax+ΔP+F 其中，P为法兰面压力，pmax为管道内部最大工作压力，ΔP为压力波动，F为外部载荷。

四、垫片选择与压紧力垫片是影响法兰密封性能的关键因素。

选择合适的垫片材料和规格可以保证法兰的密封性能。

垫片的压紧力需通过实验确定，通常在安装时通过施加螺栓预紧力来达到所需的压紧力。

五、法兰刚度与稳定性分析法兰刚度与稳定性是评估法兰性能的重要指标。

在设计时，需对法兰进行刚度与稳定性分析，以确保法兰在使用过程中不会发生变形或失稳。

常用的分析方法有有限元分析和实验测试。

六、疲劳强度评估疲劳强度是指法兰在交变载荷作用下抵抗破坏的能力。

在设计时，需对法兰进行疲劳强度评估，以确保法兰在使用过程中不会因疲劳而失效。

常用的评估方法有应力分析法和寿命预测法。

七、温度影响与热膨胀计算温度对法兰的性能和使用寿命有较大影响。

在设计时，需考虑温度变化对法兰的影响，尤其是热膨胀对法兰尺寸和密封性能的影响。

热膨胀计算公式为：ΔL=αLΔTΔL=αLΔTΔL=αLΔT其中，ΔL为热膨胀长度，α为材料的热膨胀系数，L为法兰长度，ΔT为温度变化量。

管道法兰设计需要遵循以下原则：
•平焊法兰不得用于温度频繁变化的管道，特别是法兰未做隔热的场合。

•剧烈循环工况的管道采用法兰连接时选用带颈对焊法兰。

•胀接法兰、螺纹法兰不得用于GC1级管道和腐蚀性极强的环境中。

•扩口翻边法兰不得用于剧烈循环工况。

•法兰连接的紧固件符合预紧与操作条件下垫片的密封要求，低强度紧固件不得用于剧烈循环工况下的法兰接头。

•垫片根据流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素选用，垫片的密封荷载与法兰的压力等级、密封面型式和表面粗糙度以及紧固件相匹配。

•GC1级管道以及有毒、可燃介质管道，规定其法兰接头的紧固载荷和紧固程序，确保法兰接头的密封性能。

HGT钢制法兰满足高要求的设计标准HGT钢制法兰是一种具有高强度和耐腐蚀性能的管道连接件，广泛应用于化工、石油、天然气和其他工业领域。

为了满足不同工程项目对法兰连接的高要求，HGT钢制法兰必须符合特定的设计标准。

本文将介绍HGT钢制法兰的设计标准和其优越的特性。

一、HGT钢制法兰的设计标准HGT钢制法兰的设计标准主要包括以下几个方面：1. 美国国家标准学会（ANSI）标准：HGT钢制法兰符合ANSI标准，确保了其在美国市场的广泛应用。

ANSI标准规定了法兰的尺寸、材质、连接方式等关键参数，保证了HGT钢制法兰的通用性和可靠性。

2. 国际标准化组织（ISO）标准：HGT钢制法兰符合ISO标准，这使得它可以与来自世界各地的设备和管道连接配套使用。

ISO标准化法兰的尺寸和要求，确保了HGT钢制法兰在国际市场上的竞争力和可替代性。

3. 欧洲标准（EN）：HGT钢制法兰也符合EN标准，这是欧洲市场所要求的法兰连接件的规范。

符合EN标准的HGT钢制法兰可以在欧洲的工程项目中广泛应用，且可靠性和安全性得到了保证。

4. 其他国家和地区的标准：除了ANSI、ISO和EN标准，HGT钢制法兰还满足一些其他国家和地区的标准要求，例如中国国家标准（GB）和德国工业标准（DIN）等。

这些标准的要求多样化，使得HGT钢制法兰可以适应各种不同的工程需要。

二、HGT钢制法兰的优越特性HGT钢制法兰作为一种高要求的管道连接件，具备以下优越特性：1. 高强度：HGT钢制法兰采用优质钢材制造，具有出色的强度和韧性。

在高压力和高温环境下，HGT钢制法兰能够承受巨大的压力和力矩，确保管道连接的牢固和安全。

2. 耐腐蚀性：HGT钢制法兰通过表面处理和特殊涂层技术，提供了出色的耐腐蚀性能。

在化工和石油等腐蚀性介质的作用下，HGT钢制法兰能够长时间保持其良好的性能和外观。

3. 密封性能：HGT钢制法兰采用先进的密封结构设计，确保管道连接的良好密封性。