柔性石墨金属波纹复合增强垫片密封性能试验

在全自动垫片综合性能试验台上分别进行了316L和A3钢作为骨架材料的金属波纹复合垫片的泄漏率、压缩回弹性能和应力松弛试验,考察了柔性石墨覆盖层厚度、骨架材质和垫片应力对垫片密封性能和力学性能的影响,分析了不同覆盖层厚度和垫片应力下的金属波纹残余高度。结果表明:覆盖层厚度对垫片的密封性能有重要影响,厚度为0.6 mm时该类垫片的综合性能最佳;金属波纹复合垫片具有良好的承载能力和密封性能,尤其适宜压力波动、温度剧变等场合的密封,预压缩处理更能真实反映出复合垫片优异的回弹性能;此外,与A3钢作为骨架材料的复合垫片相比,316L复合垫片的密封性能和压缩回弹性能随垫片应力的增加逐渐显现,且其抗松弛能力和抗蠕变性能也得到了显著提高。     

具有覆盖层齿形组合垫片常温下压缩回弹性能研究

为探究不同金属材料对齿形组合垫片力学性能的影响,以柔性石墨齿形组合垫片为研究对象,采用试验与数值模拟两种方法研究室温下齿形组合垫片的力学性能。研究结果表明:304与304L垫片和316与316L垫片压缩回弹性能无明显差异,304垫片受压变形量、卸载阶段抗应力损失能力强于316垫片,更适用于压力波动较频繁的场合;经预压后的垫片压缩回弹性能、承载能力和抗应力损失能力有了明显提高;多次加、卸载后,垫片压缩模量和回弹模量随着试验次数的增加而略有增加,变化量较小但始终高于初始值;采用有限元模拟与试验相对比,4种材料齿形组合垫片压缩率和回弹率变化趋势相同,垫片压缩曲线基本一致。     

柔性石墨波齿复合垫片密封性能试验研究

采用试验的方法对柔性石墨波齿复合垫片的密封性能进行研究,分析垫片泄漏率与垫片压紧力和介质压力之间的关系曲线,结果表明,垫片泄漏与垫片压紧力呈负指数关系;垫片泄漏率与介质压力之间近似于正比例关系;石墨波齿复合垫片具有良好的密封性能。     

垫片密封性能的研究

我国现行设计规范《钢制石油化工压力容器设计规定》中的垫片密封系数“m”、“y”,沿用美国机械工程师协会(ASME)规范数据。原“m”、“y”值没有泄漏率的概念,没有考虑影响垫片密封性能的各种复杂因素,其可靠性开始受到工业界的普遍怀疑。目前,ASME本身对其早年试验数据也提出疑义,从而制订了PVRC长期垫片试验规划。本文通过对国产橡胶石棉垫片密封性能的试验研究,讨论了垫片密封中主要密封参数之间的基本关系;从分析垫片变形特性出发,探讨了垫片密封机理;并通过大量试验数据处理,建立了“m”、“y”值与泄漏率及介质压力之间的一般关系式。     

法兰螺栓柔性石墨缠绕垫的设计

本文根据有关文献所提供的关于柔性石墨缠绕垫的试验结果，分析了其力学性能和密封性能的内在联系，提出了基本型垫片的“拐点”应力计算式，建立了泄漏率，应力，介质压力的关系式。     

石墨填充缠绕垫片高温适用性评价指标研究

石墨填充缠绕垫片因其优良的压缩回弹性能被广泛应用于石化装置的法兰密封结构中,但由于高温导致垫片材料性能下降等原因,造成泄漏超标使得垫片无法满足使用要求,因此准确评价垫片的高温适用性对于法兰结构的密封质量至关重要。本文根据石墨材料老化和腐蚀机理,提出基于泄漏率和微量元素指标评价垫片的高温适用性,并开展了石墨填充金属缠绕垫片的高温时效试验和泄漏性能试验。试验结果表明,高温对石墨缠绕垫片影响显著,随着时间变化,垫片失重越来越大,严重时出现散架。根据试验结果,建立了不同温度下垫片重量变化同泄漏率的主曲线关系,可预估垫片在运行周期内的平均使用时间,为企业科学制定备品备件计划提供合理的指导。     

波齿复合垫片骨架结构及压缩回弹性能的研究

通过有限元分析和模拟,在不同的骨架结构参数下,对波齿复合垫片的压缩回弹性能进行测试。从而得到不同状态下的应力分布、压缩回弹性能和结构参数的关系,进而用于优化波齿复合垫片的结构性能。分析结果表明:在相同波深的条件下,随着波齿距的增大,压缩率相应增大,而回弹率却相应减小。     

新型波齿复合垫片的研制开发

通过对不同结构形式金属波齿环的分析、测试，证明波齿环的主要结构参数是影响波齿垫片力学性能和密封性能的关键。经使用证明波齿复合垫片具有良好的压缩回弹性能和可靠的密封性能，是高温、高压和一些苛刻工况的理想垫片。     

常温下金属垫片压缩回弹曲线数值模拟

金属(0Cr18Ni9)八角垫片是压力容器和管道连接中常用的密封元件,而压力容器与管道的密封一般是利用垫片的压缩回弹特性来实现的,因此,对金属垫片的压缩回弹特性进行研究很有必要。通过ANSYS Workbench有限元软件对垫片的压缩回弹过程进行模拟,得到常温下垫片在厚度方向的压缩量与垫片应力的数据,绘制出垫片的压缩回弹曲线图。根据图表显示,在压缩阶段,垫片压缩量与垫片应力呈线性关系;在回弹阶段,两者之间呈非线性关系。     

膨胀石墨缠绕垫片常温密封性能分析

采用ANSYS商用有限元分析软件,对常温条件下受内压的螺栓法兰连接膨胀石墨缠绕垫片进行了应力分析,并根据多孔介质模型的泄漏率方程计算出膨胀石墨缠绕垫片在常温条件下的泄漏率。运用有限元计算模型对不同带宽的膨胀石墨缠绕垫片进行了不同条件下的数值模拟,模拟结果与实验结果较好地吻合。模拟结果给出了常温条件下介质内压、螺栓预拉伸力和填料带宽对螺栓法兰连接膨胀石墨缠绕垫片泄漏率的影响。     

垫片高温力学性能试验装置变形测量误差分析与修正

以研究垫片高温力学性能为目标，研制了垫片高温力学性能试验装置，可实现垫片蠕变松弛、压缩回弹等力学性能测试；试验研究了压缩载荷和试验温度对试验机系统自身变形的影响，针对不同的垫片力学性能试验方案分别提出了变形测量的修正方法，减小了试验机系统的测量误差，极大地提高了垫片变形测量的精度，对垫片力学性能试验测试与研究具有重要意义。     

DFZ－1型垫片材料密封性能试验装置的研制

本文介绍ＤＦＺ－１型垫片材料密封性能试验装置的设计原理，提出测量液体泄漏速率和气体泄漏速率的试验方法。试验装置符合ＡＳＴＭＦ３７的技术要求。这些试验方法适用于评价和比较室温下垫片材料在不同压缩法兰负荷下的密封特性。     

DFZ—1型垫片材料密封性能试验装置的研制

本文介绍ＤＦＺ－１型垫片材料密封性能试验装置的设计原理，提出测量液体泄漏速率和气体泄漏速率的试验方法。试验装置符合ＡＳＴＭＦ３７的技术要求。这些试验方法适用于评价和比较室温下垫片材料在不同压缩法兰负荷下的密封特性。     

柔性石墨波齿复合垫片压缩回弹性能研究

采用有限元和实验方法对柔性石墨波齿复合垫片的压缩回弹性能进行研究,结果表明:柔性石墨波齿复合垫片存在一个最佳波数;垫片的压缩率和回弹率随波齿深度的增大而增大,但回弹率的增长幅度大于压缩率;垫片石墨层的性能对于垫片压缩回弹性能的影响较大,合理地选择石墨对于生产合格优质的垫片意义重大。     

柔性石墨缠绕垫片与柔性石墨金属齿形垫片密封影响因素正交试验及模拟对比

采用正交试验设计和有限元模拟方法,研究螺栓预紧力、压力和温度对柔性石墨缠绕垫片与柔性石墨金属齿形垫片密封性能的影响,研究对比两种垫片所使用螺栓预紧力范围大小。结果表明:与柔性石墨缠绕垫片相比,柔性石墨金属齿形垫片可在更大的螺栓预紧力范围下使用,降低了螺栓安装难度。研究对比两种垫片在高温压力波动工况下,应力和变形的变化趋势,结果表明:相比柔性石墨缠绕垫片,柔性石墨金属齿形垫片更适用于压力波动工况,而柔性石墨缠绕垫片更适用于温度较苛刻工况。     

低温阀用聚三氟氯乙烯密封垫片的低温性能研究

为探索聚三氟氯乙烯(PCTFE)垫片在超低温阀中的使用效果,试验研究它在低温下的材料特性。根据超低温阀的工作情况,选择25、-29、-50、-110、-162、-180℃6个试验温度,在试验机上分别测量PCTFE样品的压缩率、回弹率及硬度等材料特性。结果表明:随着温度的降低,样品的硬度最大升高了31.7%,压缩率最大减小了50%,而回弹率在不超过8%的范围内小幅度上升;由低温下PCTFE的材料特性可知它在低温下具有较好的密封特性,且在-110℃时性能最佳。     

法兰连接中螺栓和垫片载荷的确定

本文通过对石棉橡胶垫片的试验研究,提出了垫片压缩回弹特性的公式表示方法。在垫片非线性、非保守的力学性态的基础上,推导了螺栓法兰垫片连接的变形协调方程,理论分析得到的螺栓和垫片载荷值与实验结果是十分吻合的。     

柔性石墨金属波齿复合垫片的分级研究

对柔性石墨金属波齿复合垫片的标准进行了剖析,发现同一压力级别不同名义尺寸的垫片,绝大部分的预紧比压在某一应力水平附近波动,同一名义尺寸不同压力级别的垫片预紧比压各不相同。利用ANSYS WORKBENCH对柔性石墨金属波齿复合垫片进行有限元数值模拟,计算出在规定预紧比压下不同结构参数的柔性石墨金属波齿复合垫片的压缩率,结果表明在相同预紧比压作用下不同结构的垫片压缩率各不相同。即可以通过调整垫片结构参数达到调整垫片压缩回弹性能的目的。据此,可以实现柔性石墨金属波齿复合垫片生产按压力等级区分。     

金属垫片密封连接的泄漏率计算

金属垫片密封是压力容器和管道中常见的连接型式,其失效极少是因强度不足引起的,泄漏是连接系统失效的主要原因。在金属垫片泄漏模型基础上,考虑垫片接触应力分布不均匀对泄漏通道的影响,推导了变截面泄漏通道的泄漏率计算公式,此公式将泄漏率、垫片接触应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能。     

基于螺栓力的法兰接头泄漏率预测模型研究

螺栓法兰接头在石化装置中应用广泛,也是频繁泄漏部位之一,主要是由于螺栓力不足导致密封垫片应力下降从而引起泄漏,因此接头运行过程中螺栓力变化对于其密封性能至关重要。针对该问题,提出以泄漏率为指标,研究法兰接头螺栓力与垫片应力的关系,构建基于螺栓力的法兰接头泄漏率模型,并开展接头螺栓力和泄漏率试验,验证模型可靠性。实验结果表明,随着内压升高,螺栓力增大、垫片应力下降,螺栓力和垫片应力存在单调对应关系,垫片应力理论计算值与试验值之间对应较好,接头泄漏率理论值同实验值相比具有较好的可比性。因此,基于接头螺栓力预测泄漏率是可行的,同时该模型对于监测法兰接头服役过程中螺栓力的变化具有重要的理论意义。