风电机组主轴法兰螺栓连接疲劳损伤分析

高强度螺栓是MW级风电机组轮毂法兰与主轴法兰之间重要连接部件。针对其疲劳损伤分析,基于VDI2230高强度螺栓设计准则,首先提出并建立了以等效梁模拟主轴法兰螺栓连接的疲劳损伤有限元模型,同时验证了等效梁模拟螺栓连接的正确性。最后依据Eurocode3规范、Palmgren-Miner线性累积损伤理论对主轴法兰高强度螺栓连接疲劳损伤进行了计算。分析结果表明,螺栓在20年设计寿命中,不会发生疲劳失效。论文的研究成果为高强度螺栓连接建模与疲劳失效分析提供参考依据,具有一定的工程应用价值。     

螺栓法兰连接设计方法对比分析及国内研究现状综述

螺栓法兰连接接头是工业设备和管道中最常用的静密封连接方式,因为其结构简单和拆装检修方便的特点,在炼化、制药、食品等众多行业中得到了广泛的应用.简要介绍了螺栓法兰连接系统设计方法的发展历程,重点对比分析了3种主要螺栓法兰设计方法——Waters法、PVRC法以及EN13445-3附录G方法(EN1591法)的异同.ASME规范Ⅷ-1篇附录2给出了法兰强度的校核方法,但不能保证法兰连接密封的泄漏率;EN13445-3附录G方法不仅给出了螺栓法兰强度计算方法,还考虑了螺栓法兰连接的紧密性.近年来我国的专家学者在垫片泄漏计算模型、垫片性能参数及测试方法研究、螺栓载荷计算等方面取得了众多成果,也是探讨的重点内容.最后对基于控制泄漏率的螺栓法兰连接设计方法研究工作的重点方向进行了展望.     

具有非线性垫片的螺栓法兰连接的理论计算与实验研究

按现行规范设计的螺栓法兰连接不能保证有效的密封,本文基于A.I.Soler等人对螺栓法兰连接的分析,对一具有非线性垫片的螺栓法兰连接进行理论计算与实验。该计算从螺栓——法兰——垫片系统出发,考虑垫片的物理非线性以及螺栓的拉伸和弯曲,分别模拟了系统在预紧和操作阶段的螺栓应力、法兰应力和垫片应力。此外,对一实际的法兰连接进行了实验研究,试验结果与计算结果吻合较好。     

螺栓法兰连接的失效案例分析及有关进展的讨论

根据2010年在英国机械工程师学会专题讨论会上介绍的法兰失效案例,简要讨论了螺栓法兰连接设计中应注意的问题,并介绍近期紧凑法兰和螺栓法兰连接标准的一些进展。为了防止法兰密封面泄漏,对重要法兰应进行实际螺栓载荷下的整体塑性变形分析。     

螺栓法兰连接系统的分析设计

前言螺栓法兰连接在工业上是应用非常广泛的一种连接形式。我国和许多国家法兰设计方法基本上是采用美国ASME锅炉和压力容器设计规范的设计方法。该种设计方法有长期的使用经验,能够满足一般使用要求,但基本上还是经验设计,不能反映法兰连接的真实性能。     

核电站主泵法兰连接螺栓超声检测控制系统设计

传统手动超声检测系统效率低、漏检率高,制约了主泵法兰连接螺栓检测业务的发展,为此设计研发了主泵法兰连接螺栓在线自动超声检测系统。介绍了该超声检测系统结构组成、功能应用及相应的控制策略,通过采用PC机+Galil卡的分布式控制方式,以图形化编程语言LabVIEW编写系统控制软件,实现伺服电机的控制和扫查路径规划。试验证明,该系统具有良好的操作性,能有效提高主泵法兰连接螺栓缺陷的检出率和定位精度,可适用于其他大型螺栓的超声检查,具有广泛适用性。     

工字拉杆结构连接法兰在风电机组塔筒连接中的应用

本文介绍了一种工字拉杆结构连接法兰,并对其进行了详细的结构原理介绍和受力分析,在风电塔筒连接应用中,本工字拉杆结构连接法兰与传统的螺栓厚型法兰连接结构相比,受力更加合理,避免了厚型法兰对螺栓的杠杆力作用,增加了连接件的承载面积,降低了制造成本。     

直驱式抽油机法兰连接螺栓的有限元分析

基于ANSYS Workbench软件对新型高效节能直驱式抽油机8型机法兰连接螺栓进行分析研究,建立了直驱式抽油机的有限元简化模型,对法兰螺栓进行了理论计算,仿真数据与理论值基本吻合,证明了模型简化的合理性以及有限元分析可以满足工程需要。针对工作载荷和极限情况下的抽油机法兰连接螺栓进行分析计算,得到了连接螺栓的应力分布云图,同时分析了不同法兰连接筋板和连接螺栓失效情况对法兰螺栓受力影响,可以有效的预测法兰螺栓的断裂,为该系列抽油机安全性能分析提供有力的依据,同时提高了该产品市场竞争力。     

基于VBA的法兰带压密封夹具设计

针对压力容器和管道法兰带压密封夹具设计中存在的难点，以弯曲梁理论为基础，建立了法兰夹具力学模型，推导出了更接近实际的夹具强度计算公式。依据泄漏介质温度、压力、法兰外周长、法兰副的连接间隙、连接螺栓的个数、夹具材料的许用应力及夹具强度计算公式，采用VBA编制了夹具设计智能化软件。应用实例证明了该软件的实用性和易用性，初步实现了压力容器和管道法兰夹具设计的智能化。     

螺栓连接法兰设计

介绍了螺栓连接法兰设计的过程、优化设计方法。并以案例的形式说明了调整法兰尺寸对法兰三项应力的影响。     

高温螺栓法兰连接的紧密性评价方法

提出了高温螺栓法兰连接的紧密性概念;试验研究了柔性石墨填充缠绕式垫片、金属冲齿板柔性石墨复合垫片和金属包覆垫片的压缩回弹性能、蠕变性能和基本密封性能;通过试验数据的回归分析得到了垫片高温性能表达式;将试验得到的垫片变形特性和泄漏特性统一于螺栓法兰连接中进行系统分析,建立了紧密性评价方法。该方法不仅可对在役螺栓法兰连接的泄漏状况作出评价,而且为密封连接的设计、新型垫片的开发以及垫片性能的评价提供了借鉴。     

螺栓-法兰连接用弹性垫圈载荷变形特性研究

采用有限元分析方法和压缩回弹性能实验对螺栓-法兰连接用弹性垫圈在轴向载荷下的载荷变形响应关系进行了计算模拟和实验研究，计算结果与试验数据较为吻合，表明本文提出的有限元分析模型可较好地用于研究弹性垫圈的力学行为。在此基础上，通过对模拟计算数据的数值拟合，得到了轴向载荷下弹性垫圈的压缩、回弹性能公式，为弹性垫圈的规范化、参数化设计以及含弹性垫圈的螺栓-法兰连接系统的紧密性分析与设计提供依据。     

基于螺栓-法兰连接紧密性理论的弹性垫圈优化设计

提出了带有弹性垫圈的螺栓-法兰连接系统紧密性分析方法，并以弹性垫圈的最大回弹量为优化目标，建立了优化设计的数学模型，编制了设计程序。采用该方法既可对系统进行泄漏率定量预测，亦可依据最大允许泄漏率准则对系统进行紧密性设计。该设计方法方便省时，设计结果合理。针对某厂高温换热器设计了螺栓．法兰连接用弹性垫圈，解决了密封连接系统由于经常开停车且工况波动较大而引起的长期严重泄漏问题。     

外弯矩下螺栓法兰连接紧密性研究

为准确分析螺栓法兰连接系统的紧密性,利用当量内压法﹑当量轴向力法和变形协调方程,研究外弯矩作用下螺栓法兰连接中的垫片压紧应力。分析结果表明:若利用当量内压法来计算,外弯矩等同于内压,相当于增大了系统的内压,但并不能体现出外弯矩作用下垫片应力在螺栓法兰连接系统分布的不均匀性;而利用当量轴向力法来计算,可以体现出整个系统在承受外弯矩作用导致的垫片应力沿管道圆周方向按余弦分布的不均匀性,并且垫片受拉侧和受压侧的压紧应力相差增大,其中受拉侧垫片应力减小,受压侧垫片应力增大,因此螺栓法兰连接的紧密性需重点考虑受拉侧的垫片应力。     

螺栓法兰金属垫片连接结构的紧密性分析方法

现行金属垫片的设计以垫片系数或线密封比压为依据,主要针对法兰强度问题,而没有定量泄漏和紧密性的概念,因此无法从理论上说明连接是否紧密。在金属垫片变截面泄漏通道的泄漏率计算公式、接触应力分布的解析算法以及连接结构变形协调分析的基础上,建立连接系统的紧密性分析方法。实例分析表明:通过增加垫片应力(即提高螺栓载荷),可降低连接的泄漏率,但当垫片应力水平较高时,效果并不显著。对于密封性要求高的连接,可以采用表面较光滑的垫片。以最大允许泄漏率为设计准则的设计方法与以强度为设计准则的规范设计方法相结合,有可能发展成为一种新的密封连接设计方法。     

垫片外缘最大应力对螺栓法兰连接结构泄漏率影响

螺栓法兰连接广泛的应用于石油化工等过程装备中,其是最重要的静密封连接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法对垫片的平均应力和外缘最大应力关系进行分析研究;采用解析方法预测螺栓法兰连接结构的泄漏率,并与试验结果进行对比,研究了垫片外缘最大应力与泄漏率之间的关系。结果表明,随着螺栓载荷的增加,法兰偏转程度增加,垫片平均应力与垫片外缘最大应力的差值逐渐增大;垫片外缘最大应力较平均应力对连接结构泄漏率影响更大。     

垫片密封设计的工程方法

迄今为止,螺栓法兰连接的设计都是为强度为依据的,并没有考虑连接是否紧密,本提出了表征垫片高温性能的基本方程和垫片密封性能实验数据的修正方法,在考虑工况,介质特性对连接性能影响的基础上,建立了基于最大允许泄漏率的垫片密封连接设计方法。     

高温法兰连接系统的安全评定方法

根据国内垫片标准规定的泄漏率指标和美国PVRC对连接系统划分的紧密度等级,尝试定义了法兰连接系统的安全性等级.应用垫片力学本构方程、密封性能公式和高温下连接系统的变形协调分析方程,提出了以紧密性分析为基础的安全评定方法,为装置现役螺栓法兰连接的安全性评价提供了一个工具。     

缠绕式垫片分级设计制造理论和技术

通过不同材料、不同结构的组合以及制造工艺参数的合理选择,可制成不同性能的缠绕式垫片以适应不同介质、不同工况的使用要求。提出了缠绕式垫片分级设计与制造的概念,建立了基于垫片结构参数和生产工艺参数优化以及螺柱凸缘联接紧密性分析方法的分级设计制造理论,探讨了相关技术。实践表明,该技术的推广应用可有效提高缠绕式垫片的设计、制造和使用水平。     

不锈钢柔性石墨缠绕垫片基本性能研究

对不锈钢柔性石墨缠绕垫片进行了常温机械性能和密封性能的试验研究,找出了垫片常温密封的基本规律,提出了较好地表征该垫片压缩回弹特性、应力松弛特性和基本密封特性的公式,通过试验数据的回归分析,得到公式中的各系数,为螺栓法兰垫片连接的紧密性分析和密封件的工程选用提供了依据。