新型可曲挠耐高压短臂法兰

2019-10-22 00:01:45

符合钢制管法兰类型与参数》(GBT9112-2010的法兰定义为长臂法兰的规格尺寸及其配管均按有腐蚀的碳钢管道标准设计当将其应用于不锈钢管道时由于不锈钢无需预留腐蚀余量因此存在法兰材料消耗大的弊端在保证同样抗曲挠能力的前提下提出一种不锈钢短臂法兰通过对长短臂法兰的力学数据进行比较和分析证实短臂法兰的臂长和厚度均可设计为长臂法兰的一半左右并给出了与短臂法兰配套的限位密封措施

法兰是管道的主要连接件我国的法兰标准GBT9112系列和化工管道法兰标准HG系列的设计理论基础来源于英国的皇家工程院BS和美国材料与试验协会ASTM是在上述两家机构所制定的标准基础上修改后颁发的。长臂法兰以片式密封作为设计依据而片式密封需要较宽的力臂和法兰厚度导致其的现状长臂法兰因为属于不耐曲挠的密封结构,因此需要每年进行维护基于上述原因本文在长臂法兰的基础上做了改进发明了短臂法兰短臂法兰限位密封的结构解决了法兰管件的密封和耐曲挠问题与长臂法兰相比短臂法兰的力臂缩短了一半厚度缩小了一半法兰管件的重量减少了一半以上但密封和抗曲挠性能更优越本文主要对短臂法兰的密封性能和抗曲挠性能进行论述论述的理论依据是板的曲挠度理论在材料力学上因为板在运动状态下的曲挠度计算是六维度的二阶微分方程计算非常困难本文按长臂法兰的计算方法来研究曲挠度以英美工程中常用的最低曲挠度和曲挠角作为设计标准

限位密封

限位密封的优点长臂法兰是依靠臂的长度和承载片式橡胶密封而片式橡胶密封在一段时间内很难形成稳定的密封由于管道的热胀冷缩夏天密封橡胶处于过度压缩状态冬天密封橡胶又处于欠压缩状态经过一两个冬夏后管道的密封就失效了需要靠人工修复而短臂法兰采用截面直径有足够厚度的密封橡胶圈进行限位密封橡胶在特定的密封槽内处于既不欠压缩也不过度压缩的恒定压缩状态法兰的密封寿命几乎是半永久性的这种限位密封的方式属于可曲挠的密封方式其抗曲挠角达到±2.2°是以片式密封的普通法兰曲挠角的22倍以上不仅具有抗曲挠的性能且具有几乎半永久的使用寿命

限位密封的结构设计

限位密封槽深度为1的凸面法兰可以在法兰生产厂定制也可以在板式法兰片以焊接的方式形成密封槽。密封橡胶推荐采用三元乙丙橡胶或其他橡胶。这是根据其伸长率弹性恢复力和耐腐蚀等的性能优选的其设计原理如下:橡胶密封元件体积1和橡胶截面高度H1与密封槽深度1和密封槽的空间2=有如下的关系式ηη=0.950.991=ηη=0.70.75。图3a为锁紧螺孔径1为限位密封槽深度,C2为密封槽的宽度2为法兰正剖面螺栓孔中心距。图为矩形密封槽的深度为矩型密封圈宽度

3a是板式法兰连接方式靠焊接高度为1的外挡圈构造一个限位密封槽限位密封槽中放置特制的O形或矩形橡胶密封圈3b是凸面法兰连接方式适宜采用翻边连接两翻边与法兰之间构造一个限位密封位置放置限位密封的矩形密封圈4a是O形密封圈结构示意O形密封圈的截面直径为4b是矩形密封圈结构示意

小结

(1)符合GBT9112-2010标准的长臂法兰是厚壁法兰其配管是预留了腐蚀余量的厚壁碳钢管应用于无需预留腐蚀余量的不锈钢管道时是一种浪费。短臂法兰有较短的力臂较薄的厚度和较好的密封方式在工程应用中不仅能够大量降低材料消耗方便施工还能保证管道具有更高的安全性和抗曲挠性能

(2)从法兰曲挠度WB计算结果得知当L2=L在配管壁厚相等的前提下、短臂法兰的WB数值相同但短臂法兰的配管壁厚较小因此WB2B1即可用成本较低的短臂法兰代替成本较高的长臂法兰

(3)短臂法兰的密封结构是一种抗曲挠的限位密封结构三元乙丙橡胶具有较大的压缩量耐曲挠能力强密封可靠这种密封结构改变了长臂法兰易漏水的缺陷

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