法蘭聯接結構是一個組合件,是由一對法蘭,若干螺栓、螺母和一個墊片所組成。在實際應用中,由于聯接件或被聯接件的強度破壞所引起法蘭密封失效是很少見的,較多的是因為密封不好而泄漏。故法蘭聯接的設計中主要解決的問題是防止介質泄漏。
法蘭密封的原理是:法蘭在螺栓預緊力的作用下,把處于密封面之間的墊片壓緊。施加于單位面積上的壓力(壓緊應力)必須達到一定的數值才能使墊片變形而被壓實,密封面上由機械加工形成的微隙被填滿,形成初始密封條件。所需的這個壓緊應力叫墊片密封比壓力,以y表示,單位為MPa
。密封比壓力主要決定于墊片材質。顯然,當墊片材質確定后,墊片越寬,為*應有的比壓力,墊片所需的預緊力就越大,從而螺栓和法蘭的尺寸也要求越大,所以法蘭聯接中墊片不應過寬,更不應該把整個法蘭面都鋪滿墊片。當設備或管道在工作狀態時,介質內壓形成的軸向力使螺栓被拉伸,法蘭密封面沿著彼此分離的方向移動,降低了密封面與墊片之間的壓緊應力。如果墊片具有足夠的回彈能力,使壓縮變形的回復能補償螺栓和密封面的變形,而使預緊密封比壓值至少降到不小于某一值(這個比壓值稱為工作密封比壓)
則法蘭密封面之間能夠保持良好的密封狀態。反之,墊片的回彈力不足,預緊密封比壓下降到工作密封比壓以下,甚至密封處重新出現縫隙,則此密封失效。因此,為了實現法蘭聯接處的密封,必須使密封組合件各部分的變形與操作條件下的密封條件相適應,即使密封元件在操作壓力作用下,仍然保持一定的殘余壓緊力。為此,螺栓和法蘭都必須具有足夠大的強度和剛度,使螺栓在內壓形成的軸向力作用下不發生過大的變形。