单位换算表

长度单位换算表
单位 米 m 厘米 cm 毫米 mm 英里 mile 英尺 ft 英寸 in 码 yd
米 m 1 100 1000 6.214×10-4 3.281 39.369 1.094
厘米 cm 0.01 1 10 6.214×10-6 3.281×10-2 0.394 1.094×10-2
毫米 mm 0.001 0.1 1 6.214×10-7 3.281×10-3 0.0394 1.094×10-3
英里 mile 1609.344 1.609×105 1.609×106 1 5280 63358.264 1760.622
英尺 ft 0.3048 30.48 304.8 1.894×10-4 1 12 0.3335
英寸in 0.0254 2.54 25.4 1.578×10-5 8.334×10-2 1 2.779×10-2
码 yd 0.9144 91.44 914.4 5.682×10-4 3 35.999 1
密度单位换算表
单位 千克/米3 (kg/m3 磅/英尺3 (lb/ft3 磅/英寸3 (lb/in3
千克/米3(kg/m3 1 0.0624 3.6×10-5
磅/英尺3(lb/ft3 16.02 1 5.8×10-3
磅/英寸3(lb/in3 27679.9 1727.22 1
质量单位换算表
单位 千克(kg) 磅(lb)
千克(kg) 1 2.205
磅(lb) 0.454 1
力单位换算表
单位 牛顿(N) 千克力(kgf) 磅力(lbf)
牛顿(N) 1 0.102 0.225
千克力(kgf) 9.81 1 2.21
磅力(lbf) 4.45 0.4536 1
压力单位换算表
单位 牛顿/米2 (帕斯卡) (N/m2)(Pa) 公斤力/厘米2 (kgf/cm2) 巴 (bar) 标准大气压 (atm) 毫米水柱 4℃ (mmH2O) 毫米水银柱 0℃ (mmHg) 磅/英寸2 (lb/in2, psi)
牛顿/米2 (帕斯卡) (N/m2)(Pa) 1 10.1972×10-6 1×10-5 0.986923×10-5 0.101972 7.50062×10-3 145.038×10-6
公斤力/厘米2 (kgf/cm2) 98.0665×103 1 0.980665 0.967841 10×103 735.559 14.2233
巴 (bar) 1×105 1.01972 1 0.986923 10.1972×103 750.061 14.5038
标准大气压 (atm) 1.01325×105 1.03323 1.01325 1 10.3323×103 760 14.6959
毫米水柱 4℃ (mmH2O) 0.101972 1×10-4 9.80665×10-5 9.67841×10-5 1 73.5559×10-3 1.42233×10-3
毫米水银柱 0℃ (mmHg) 133.322 0.00135951 0.00133322 0.00131579 13.5951 1 0.0193368
磅/英寸2 (lb/in2,psi) 6.89476×103 0.0703072 0.0689476 0.0680462 703.072 51.7151 1

法兰联接结构及其密封原理


法兰联接是由法兰(被联接件)、垫片或垫环(密封元件)和螺栓—螺母(联接件)三部分组成,靠上紧螺栓,使法兰密封面压紧垫片或垫环实现密封,如图所示。 法兰联接具有结构简单,可实现多次重复拆装、使用等优点,但由于它是非一体化结构,如果对法兰、垫片或垫环等选用不当,或者安装不正确,都会引起法兰联接严重泄漏,导致密封失效。

泄漏形式与密封原理



一般来讲,界面泄漏比渗透泄漏大得多。对于非金属垫片,界面泄漏通常要占全部泄漏量的80%甚至90%以上;对于金属垫、金属与非金属组合垫,可完全视为界面泄漏。因此,对法兰联接密封主要是考察研究界面泄漏

法兰联接密封的原理是靠螺栓力使法兰密封面压紧垫片,垫片产生弹塑性变形,填满法兰密封面上由于加工粗糙度等微观凹凸不平形成的间隙来实现密封。 根据垫片实现密封的受力情况,主要分为强制型密封和自紧式密封两类。

强制型密封完全靠螺栓力对垫片施加载荷实现,如各种平垫密封;自紧式密封则是靠螺栓预紧力实现初始密封,靠介质压力顶紧垫片实现工作密封,如轴向自紧的“C”形环密封,径向自紧的三角垫密封等;还有的密封结构主要靠螺栓力预紧实现密封,介质压力对密封元件也有一定自紧作用,称为半自紧式密封。
按操作压力还可分为中低压、高压和超高压密封:0.0098 < P < 9.8Mpa(绝压)时为中低压密封,其中P≤1.568Mpa时为低压密封;9.8≤P98Mpa时为高压密封;P≥98Mpa时为超高压密封。中低压法兰多采用强制式密封,高压容器法兰常采用自紧式密封。

预紧密封比压和垫片系数


现行的法兰密封设计中,用来表示垫片密封特性的两个重要参数是预紧密封比压y和垫片系数m。前者是表示垫片安装要求的特性参数,后者是表示垫片操作要求的特性参数。

1.预紧密封比压y
工程上把y值称为垫片形成初始密封条件所需要的最小应力值,即垫片的预紧密封比压,以y(单位:MPa)表示。
2.垫片系数m
操作时,由于介质压力的作用,容器及法兰产生轴向力,螺栓被拉伸,垫片发生回弹,压缩量减小,预紧应力(即组装应力)下降,此时垫片上的残余应力称为垫片的工作应力。 如果垫片的回弹使得垫片的工作应力仍不低于某一极限值,则可保证密封“合格”,该极限应力值便称为垫片的工作密封比压,用Sg(单位:MPa)表示。 如果垫片的回弹能力不足,或者介质压力继续升高致使垫片残余应力值下降到Sg以下,则视密封“失效”。当把某些因素加以限制固定后,在较大的压力范围内,视工作密封比压Sg与介质压力p的比值为常数,即:
Sg/p=m
m值被称为垫片系数。垫片(环)的材料与结构不同,预紧密封比压y值和垫片系数m的大小也不同。

由上述可知,垫片的预紧密封比压y和垫片系数m对不同垫片来讲都是特定的密封参数值。所谓安装时形成“初始密封条件”,操作时密封“合格”,都应该以一定条件(介质种类、压力、温度、组装应力等)下规定的指标泄漏率大小为依据。否则,就不能把y和m视为常数。

影响法兰密封的因素很多,概括来说有两个方面:一是法兰联接构件(法兰、垫片和螺栓等)自身的状况;二是操作条件(介质、压力、温度)等外界的因素。

法兰垫片密封及密封设计

一、压紧面的选择
  1. 平面形压紧面常用于压力不高的场合。
  2. 凹凸形压紧面的垫片便于对中,但宽度较大,需较大的螺栓预紧力。
  3. 榫槽形压紧面用于压力更高、密封要求严的场合,但拆卸比较困难。
  4. 梯形槽压紧面用于较高压力场合。
二、垫片的选择

垫片的种类:
非金属垫片:橡胶板、无石棉橡胶板、聚四氟乙烯、柔性石墨板材等。
金属-非金属组合垫片:金属增强垫片、缠绕垫片、齿形垫片等。
金属垫片:软铝、软钢、铜、各种合金钢、 不锈钢等。
非金属垫片如橡胶垫、石棉橡胶垫、聚四氟乙烯垫等,断面形状一般为平面形或O形金属垫片如软铝、钢、不锈钢、铬钢等,其断面形状有平面形、波纹形、齿形、椭圆形和八角形等。
金属—非金属组合垫片如金属包垫片、金属缠绕垫片和带骨架的非金属垫片等,增加了回弹性,提高了耐蚀性、耐热性和密封性能。

三、螺栓的设计
1. 螺栓载荷计算
密封基本宽度与有效密封宽度b的关系如下:
当 ≤6.4mm时,\(b = b_0\)当 >6.4mm时,\(b = \sqrt{6.4b_0} = 2.53\sqrt{b_0}\)当 ≤6.4mm时,垫片接触面的平均直径
当 >6.4mm时,垫片接触面外径-2b。

1) 在预紧工况时
\(W_a = 3.14D_G by\)

式中 \(W_a\) — 预紧工况下的螺栓载荷,N
Y — 垫片的预紧比压,MPa
\(D_G\) — 密封面平均直径,mm

2)在操作工况时
\(W_p=\frac{π}{4}D_G^2 p + 2bπD_G mp\) 式中 \(W_p\) — 预紧工况下的螺栓载荷,N
m — 垫片系数,
p — 设计压力,MPa
2. 螺栓尺寸与数目
在预紧工况:
\(A_a ≥ \frac{W_a}{[σ]_b} mm^2\)在操作工况:
\(A_p ≥ \frac{W_p}{[σ]_b^t} mm^2\)式中〖[σ] 〗_b^t为设计温度下螺栓材料的许用应力,MPa 螺栓所需的总截面积取上述工况下的大值
2)螺栓尺寸与数目
在选定螺栓数目n后,按下式得到螺栓直径\(d_B ≥ \sqrt{\frac{A_m}{0.785n}} mm\)上述的螺栓直径 应圆正到标准螺纹的根径,并据此确定螺栓的公称直径。
一般 >12mm ,螺栓的最小间距通常为3.5~4dB。 螺栓最大间距不超过 \(2d_B + \frac{6t_f}/{(m + 0.5)}\)
1) 螺栓设计载荷
预紧工况:
\(W = \frac{(A_m+A_m)}{2} [σ]_b N\)操作工况:
\(W = W_p\)
2) 螺栓材料
要求强度高,韧性好,耐介质腐蚀,为避免螺栓 和螺母咬丝,螺母的硬度一般比螺栓低HB30。