阀体和阀盖的法兰连接方式详解

阀体与阀盖的连接形式对于阀门具有重要的意义，它分为可拆卸连接和不可拆卸连接两种。对于可拆卸连接，可对阀体内腔进行加工，当组装关闭件的零件时，能安装密封圈，检修时研磨密封圈和更换启闭件的零件。可拆卸连接应是坚固耐久，保证组装后的密封性能，装拆方便，运行可靠。

法兰连接的优点是：装拆简单方便，能采用不同材料和不同截面的垫片，能形成较大的为连接密封必须的压紧力，有足够的可靠性。它的缺点是：金属材料用量增加，尺寸加大，在运行过程中，由于垫片材料的弹性下降（特别是由于热循环的结果），使法兰连接的密封性可能遭到破坏；连接零件的热变形或受力载荷改变引起的变形等。这样，要求在运行过程中经常地监督法兰连接的密封性能，当出现介质渗漏时，需要再拧紧螺母。

低压阀门中的法兰连接主要采用无石棉垫片或聚四氟乙烯垫片进行密封。在高压阀门中经常采用垫片密封连接，也采用无垫片连接。在高压阀门中的法兰连接常采用由软钢或镍制成的齿形垫片。当采用纤维垫片时，密封度可达到10^-4mmHg（L/s）；非金属垫片（氟塑料等）可达10^-7mmHg（L/s）；金属垫片（或无垫片）连接可达到10^-6mmHg（L/s）（1mmHg=133Pa）。

根据前苏联标准，聚四氟乙烯垫片可用于下列参数的阀门：工作介质压力在6.4MPa以下和温度在200℃以内。氟塑料垫片通常做成平面密封圈使用，其尺寸在表5-1中给出。为了保证连接具有良好的密封性能，氟塑料垫片与密封槽之间的间隙根据垫片的直径而定，它不应大于3～8mm。垫片密封面和法兰密封面的表面粗糙度值Ra应低于1.6μm。当拧紧连接的紧固件时，在垫片上的密封比压应不低于38.0MPa。连接组装后经过24h，用与第一次相同的力重新拧紧。采用金属垫片的连接，当拧紧时在垫片上的密封比压应有足够大的值。

表5-1 在阀门上最常采用的氟塑料垫片的尺寸^①

① D=60～300mm的垫片厚度为2mm；D=350～490mm的垫片厚度为3mm。

由成形耐蚀钢带和柔性石墨或碳纤维制成的螺旋缠绕式垫片及其应用范围，见表5-2。由于它们在周期性变化温度和压力的条件下，以及在发生振动和冲击时，具有良好的工作能力，所以获得广泛的应用，它们的制造厚度在JB/T 1721—1991中明确规定为4.5mm±0.2mm，其公称内径达ϕ495mm。根据实验结果，对公称尺寸DN100的法兰，垫片的最佳宽度为7～8mm；对于公称尺寸DN150～DN250的法兰，垫片的最佳宽度为9～12mm。法兰密封面的表面粗糙度值Ra应低于1.6μm。紧固时垫片上的最小密封比压q_Fmin=32.0MPa，推荐的垫片压缩度约为它的初始厚度的30%左右，这可用限制环或制成一定尺寸的凹凸槽（榫和槽）来保证。

表5-2 螺旋缠绕式垫片及其应用范围

虽然齿形垫片不能完全保证可靠的密封，尤其是在热冲击的条件下，但它们在动力工程上还是获得了广泛的应用。为了达到密封的目的，需使齿形垫片达到塑性变形。只有当垫片的材料硬度比密封件的硬度低时，实验结果表明，垫片的临界密封比压值基本上不受其承压宽度及齿数的影响，而仅取决于垫片的材料。齿形钢垫片与密封面必须加工到表面粗糙度值Ra低于0.4μm。

无垫片连接主要用于公称尺寸DN25～DN100的高温、高压阀门上。对于公称尺寸DN较大的阀门，法兰密封面的研磨相当困难，为了保证无垫片连接的良好密封性能，要求有较大的压紧力。法兰密封面的表面粗糙度值Ra应低于0.1μm，并保持必须的平面度。连接的法兰密封面宽度根据直径和工作压力来选择。

压紧螺栓的数量是根据保证最大压紧力或工作应力条件来选取的。而且相邻两螺柱之间的距离应不大于（4～5）d_L。（d_L为螺柱的直径）。为了保证密封性能，对于精加工的密封表面要求比压为屈服强度的0.75倍。但这时对密封面重复使用时必须重新进行研磨。在无垫片的情况下，只有当结合面的表面粗糙度值Ra在0.025μm以下时，零件组装才可重复利用数十次。虽然重复组装时要求有更大的密封比压，但还达不到材料的屈服强度。

图5-1 带热补偿套管的法兰连接螺栓(www.xing528.com)

阀体与紧固件的材料应具有相同的线胀系数，这一点非常重要。如果它们的线胀系数不同，则建议采用补偿套管，如图5-1所示。

螺母与螺栓应具有不同的硬度，螺母材料的硬度应比螺栓材料的硬度低20～30HBW。螺栓和螺母的材料应符合第6章中的要求。当组装时螺栓螺纹上应涂有含石墨的润滑剂或主要含二硫化钼的润滑剂。

为了改善螺栓的工作条件，可利用球面垫片。此外，建议采用闷盖螺母，有利于保存润滑剂及更均匀地沿各螺扣分布应力。

图5-2 法兰连接的薄片焊接密封平面形和圆环形——Ω形密封焊

a）薄片平面形焊接密封 b）圆环形焊接密封——Ω形密封焊

拧紧法兰连接螺母只能用力矩扳手。对于特别重要的连接，压紧力应根据螺栓的伸长量进行控制。不过这种方法只有当螺栓的长度大于150mm时才适用。采用力矩扳手时，其误差在拧紧螺栓时所要求的力矩的±（6～8）%以内。

图5-3 中法兰连接中唇边焊接结构

1—阀体 2—阀瓣 3—阀杆 4—防松垫 5—阀瓣盖 6—垫片 7—引漏管 8—填料垫 9—填料 10—隔离环 11—垫圈12—弹簧垫 13—螺母 14—双头螺柱 15—填料压套 16—填料压板 17—位置指示 18—支架 19—电动装置20—压环 21—紧定螺钉 22—螺柱 23—垫圈 24—螺母 25—油杯 26—螺柱 27—阀杆螺母 28—轴承 29—销钉 30—双头螺柱 31—螺母 32—垫圈 33—弹簧垫

对于那些外漏要求特别严格的阀门，可采用薄片平面形焊接密封（见图5-2a）和圆环形焊接密封——Ω形密封焊（见图5-2b）；或唇边焊接结构，如图5-3所示。在图5-2a中示出了法兰连接的薄片焊接密封的结构，在表5-3中给出了它们的尺寸，这是根据德国标准DIN2695对公称压力PN160的阀门提供的。对于高压和大直径的密封连接，宜于采用圆环形密封焊接——Ω形密封焊或唇边焊连接。因为平面薄片易于鼓凸起来，焊缝会破裂。

表5-3 DIN2695提供的公称压力PN160的阀门薄片密封焊接的主要尺寸