非金属垫片螺栓法兰连接寿命评价

分析非金属垫片密封的时效特性,考虑高温条件下材料退化和垫片载荷松弛过程对密封性能的影响,依据多孔介质理论,建立非金属垫片密封的时效泄漏模型.将螺栓法兰连接系统寿命划分为密封寿命和部件寿命.提出密封寿命试验方法,在考虑垫片泄漏特性变化的基础上,基于指标泄漏率分析螺栓法兰连接系统密封寿命;基于蠕变和疲劳损伤准则分析高温螺栓的剩余寿命,探讨螺栓法兰连接系统的密封寿命和各部件寿命之间的关系.建立螺栓法兰连接系统的寿命预测最弱环模型,将垫片的变形特性和泄漏特性统一于螺栓法兰连接系统中进行研究,提出基于指标泄漏率和结构完整性的螺栓法兰连接系统寿命评价方法.     

高温下螺栓-法兰-垫片系统密封性能研究

温度和内压载荷对螺栓法兰连接的密封性能有着显著的影响。采用有限元技术,对DN100mm,PN40 MPa的管法兰连接进行了热及结构分析,探讨了高温稳态工况下法兰、垫片和螺栓的温度分布,分析了预紧、加压和升温后的螺栓以及垫片的应力变化。结果表明,法兰、螺栓以及垫片沿径向存在温度梯度;内压作用后垫片应力明显降低;升温后垫片外侧应力减小,内侧应力增大;加压及升温后螺栓应力均增大。     

高温下法兰系统温度分布及螺栓载荷变化

建立了高温下法兰-螺栓-垫片实验装置,采用热电偶测量温度,并采用中温应变片测量螺栓载荷,试验研究不同法兰内壁温度下,各组件的温度分布以及螺栓载荷的变化规律;同时,建立了与试验工况相同的高温法兰稳态热-结构耦合有限元模拟模型,利用试验数据对模拟结果进行了验证。结果表明,高温下沿法兰内壁至法兰外沿会形成明显的温度梯度。法兰内壁、法兰外壁、螺栓、法兰外沿4个位置的温度依次降低。在本试验的法兰、螺栓及垫片属性下,随着法兰内壁温度升高,螺栓载荷降低,且载荷的均匀程度也降低。试验结果与数值模拟结果表明,采用有限元模型研究高温下法兰密封性能是可行的。     

高温法兰连接系统的失效分析

针对法兰连接系统长时间在高温下工作会导致泄漏失效的问题,对法兰连接系统的3个主要部件的失效机理进行了分析,其中从蠕变、预紧力、脆性断裂及疲劳等方面分析了螺栓的失效机理;从蠕变松弛失效、高温回弹性失效和高温强度失效等方面分析了垫片的失效机理;从高温蠕变松弛失效和高温下的界面泄漏失效等方面分析了法兰的失效机理。本文为更快地找出高温下法兰连接系统的失效原因提供了参考依据。     

螺栓法兰连接系统应力强度的研究

螺栓、法兰、垫片连接系统中各元件的应力大小和分布情况,是影响连接系统密封性能的主要因素。将非金属垫片的非线性性能及螺栓、法兰、垫片之间的变形协调关系考虑进去,建立了整个螺栓、法兰、垫片连接系统的有限元模型;研究在螺栓的预紧应力和连接系统的内压载荷作用下,螺栓、法兰、垫片的应力大小和分布情况,为定量研究接头的泄漏奠定基础。     

高温法兰密封接头的可靠性分析

长期工作在高温下的螺栓法兰接头，由于密封垫片和螺栓的蠕变松弛，使得垫片上的残余应力逐渐减小，法兰接头的密封可靠性逐渐降低，并最终导致泄漏失效。在考虑垫片和螺栓蠕变的基础上，对法兰连接系统进行变形协调分析，建立了高温下法兰接头的变形协调方程，进而导出了泄漏率的极限方程；通过与法兰强度、螺栓强度的极限方程相结合，得出了利用Monte Carlo法计算高温螺栓法兰接头可靠度的方法，并给出了计算实例。     

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。     

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。     

基于有限元的LNG管道法兰连接紧密性分析

螺栓法兰连接是一种管道连接形式,其密封性能是工程中关注的重要问题,而垫片密封是螺栓法兰连接中被广泛应用的密封形式。综合考虑螺栓预紧力、管道压力、温度、管道结构及低温下材料力学性能,建立管道、法兰、垫片、螺栓系统的热-结构耦合有限元模型,分析螺栓法兰连接在安装工况、压力工况、低温压力工况下垫片接触应力分布规律、螺栓拉应力及管道位移变形。结果表明:低温压力工况下,垫片接触应力周向分布不均匀,管道结构对螺栓法兰连接密封性能有较大影响。     

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。     

考虑高温蠕变的螺栓和法兰材料的选配*

螺栓和法兰材料的选择是影响螺栓法兰接头密封性能的重要因素,特别是在高温条件下服役,螺栓法兰发生蠕变的情况下。分别选择法兰蠕变速率大于螺栓蠕变速率以及小于螺栓蠕变速率的两组配合方式,通过传热分析、热-结构耦合分析以及高温蠕变分析,对比研究其密封性能。结果表明:螺栓蠕变和法兰蠕变都会引起螺栓应力重新分配,随着时间延长螺栓蠕变的累积会导致螺栓截面应力越来越均匀;但法兰蠕变的累积会降低法兰刚度,致使偏转角增大进而导致螺栓内外侧受力相差越来越大;法兰蠕变速率越大,法兰整体刚度下降越快,法兰服役周期越短,因此选择高温服役的螺栓法兰接头材料时,选取的法兰材料蠕变速率不能太大,且抗蠕变性能要比螺栓材料强。     

Sealing Performance of Gasketed Bolted Flanged Joints: A Fuzzy Decision Support System Approach

The paper describes a fuzzy decision support system (FDSS) and its application to the selection of sets of optimal parameters to characterise the gasket sealing performance in gasketed bolted flanged joints. The FDSS of fuzzy logic theory is applied considering the gas pressure, gasket deflection, and leakage rate based on required gasket stress and flange surface roughness. The idea and implementation of the fuzzy decision support system is based on the compositional rules of inference and can be applied to other areas of gasketed bolted flanged joints to automate the selection of proper parameters which can best characterise the joint sealing performance and provide the required tightness.     

低温BOG压缩机活塞杆运动件预紧力的研究

BOG压缩机是对LNG储罐中蒸发出的气体进行加压的设备,其主要特点是工作在低于-100℃的超低温下。在如此低温下工作,压缩机的螺纹连接件预紧力状况会和常温预紧时产生很大变化。本文以BOG压缩机活塞杆螺栓连接为研究对象,提出了一种能预测螺栓低温预紧力变化的理论公式并进行了精度修正,通过有限元模型验证了理论公式在计算活塞杆螺栓预紧力变化的有效性,结果表明,通过理论公式与有限元模型的对比,表明结构即使不完全符合理论公式的要求,理论公式与有限元计算仍然较为吻合。在螺栓连接材料为304不锈钢和SIC815合金钢组合下,常温下预紧至60%屈服应力的螺栓连接,在-125℃低温下预紧力会产生30%的松弛。此外,本文对往复活塞力以及应力集中对活塞杆螺栓应力状态的影响进行了分析,并以理论公式为基础,将应力集中、工作温度范围、外部静载等因素考虑在内,提出了针对不同状况的螺栓常温预紧力取值范围,可满足较广范围螺栓连接预紧力取值的需求。     

金属垫片密封机制研究

对金属垫片的泄漏形式和微观密封过程进行分析研究,并对金属垫片密封性能进行试验研究。研究表明:金属垫片密封泄漏形式主要是界面泄漏,而渗透泄漏通常可忽略不计;密封表面的表面形貌、压紧应力以及介质压力是金属垫片界面泄漏的主要影响因素,但密封表面的表面形貌对金属垫片密封效果影响比压紧应力和介质压力要显著得多。     

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。     

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。     

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。