一种新型法兰连接垫片设计

垫片是法兰连接接口的重要密封元件,在螺栓预紧力的作用下对法兰密封面施加压紧力,由垫片填塞住法兰面凹凸不平的微观几何间隙来实现密封.文中对现有的垫片进行改进,采用一种金属波齿骨架与O型圈结合,石墨填充辅助密封的垫片结构.法兰接口的螺栓拉紧后,内侧O型圈变形量可达到40％以上,外圈橡胶圈变形接近30％,垫片能达到良好的密封效果,此时法兰接口的主要密封环节是由垫片内侧的橡胶圈在起作用.当橡胶圈的变形量达到使波齿骨架变形时,金属波齿骨架、O型圈和石墨材料三者共同起密封作用.     

金属垫片接触应力分布解析算法

金属垫片密封是压力容器和管道中常见的密封形式,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.在真实螺栓法兰金属垫片连接结构中,垫片的局部接触应力对螺栓法兰连接结构密封性能的影响较垫片的平均压紧应力更大.笔者在Warters法的基础上,考虑了操作压力的影响,对法兰变形进行理论分析,推导了法兰偏转角的计算公式.根据法兰偏转角和金属垫片力学性能,提出了金属垫片接触应力分布的解析算法.解析计算得到的平均应力与数值模拟结果较为接近,但垫片外缘的最大应力小于数值模拟值,金属垫片接触应力的解析计算方法可作为一种保守的工程算法,可用于真实螺栓法兰金属垫片连接结构的设计.     

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。     

法兰垫片紧密性的分析

本文分析了在法兰连接中矩形断面垫片的紧密性问题,并推导出规范中垫片系数m 和垫片比压y 的表达式,进而得到保证法兰密封所需螺栓拧紧力的计算式。从中明确垫片几何因素和物理因青对于垫片紧密性的影响及提高法兰连接密封能力的途径。     

不同状态下非线性行为垫片密封性能的试验研究

1　引言螺栓法兰垫片连接是一种应用非常广泛的可拆连接形式 ,其失效形式主要表现为泄漏。而作为密封元件的垫片 ,其性能是直接影响连接密封的可靠性因素之一。随着人们对环境保护和安全意识的增强 ,螺栓法兰连接密封的可靠性越来越受到关注。国外的研究人员联合生产企业 ,进行了广泛而系统的研究工作 ,并已取得了众多成果[1～ 3] 。在这些研究中 ,不乏涉及垫片的密封性能 ,尤其是对非线性行为垫片的性能进行了较多的试验研究 ,目的之一就是为法兰连接设计提供有效的设计参数 ,包括对垫片参数ｍ、ｙ的修改等。但在 70年代以前 ,因受试验手段…     

液化石油气贮运系统静密封垫片的选择

分析了法兰连接垫片密封机理和金属缠绕垫片的密封特性。通过应用,证明金属缠绕垫片能满足液化石油气贮运系统的密封要求,指出为保证密封性能,法兰,垫片和螺栓应合理匹配。     

采用垫片安全系数的高压法兰螺栓密封设计

为了防治高压大直径法兰螺栓密封的设计失效,从影响法兰密封效果的因素中提出垫片特性及垫片受力非均匀性2个参数;以垫片系数和垫片预紧比压为基础,分析特性比和特性系数这2个反映垫片组合特性的新概念;提出以垫片安全系数表征垫片的结构形式和材料性能在不同计算压力下的安全储备。绘制了典型的安全系数曲线,安全系数随着计算压力的增大而降低,且曲线下降中存在单个拐点;垫片适用压力大于拐点压力,小于垫片安全系数等于1时的计算压力。应用各种垫片在不同安全系数下相应的计算压力适用值进行密封设计,能够确保密封结构设计的有效性。     

球阀中法兰凹槽深度对垫片密封性能的影响北大核心CSCD

为了研究球阀中法兰凹槽深度对垫片密封性能的影响,选择3种口径(DN25,DN80,DN150)、3个压强(2.2,5.5,11.0 MPa)下的两种金属缠绕垫片为研究对象,根据垫片密封理论,计算了垫片保持密封需要的螺栓最小预紧力矩,对两种金属缠绕垫片进行密封性能试验,得到了压强在2.2~11.0 MPa时,3种口径垫片的最佳密封厚度,绘制了DN25~DN150口径垫片对应的最佳密封厚度曲线图。结果表明:采用螺栓最小预紧力矩,球阀中法兰凹槽选择合理深度,垫片可以达到密封效果;当球阀设计压强在2.0~10.0 MPa时,建议3个口径DN25,DN80,DN150球阀中法兰凹槽深度依次设计为2.6,2.4,2.0 mm;在相同口径、垫片压缩厚度和介质压强下,四氟缠绕垫片的密封性能优于石墨缠绕垫片,随着介质压强或垫片口径的增大,垫片最佳密封厚度逐渐减小,但并非厚度越小垫片密封性能越好。研究结果对中法兰凹槽深度设计有一定的参考价值。     

带接管组合法兰的强度和密封有限元分析

螺栓法兰连接是石化设备和管道中应用最广泛的密封形式,对其完整性和紧密性分析仍是工程中亟待解决的问题。综合考虑垫片的非线性压缩回弹本构关系、螺栓预紧和法兰垫片接触作用,将带接管的组合法兰、垫片、螺栓作为一个系统进行三维非线性有限元模拟。基于强度和密封要求,借助Waters公式和有限元试算,选定合适的螺栓预紧载荷。计算获得组合法兰在预紧、操作、设计和水压试验4种工况下的应力与变形分布规律。依据JB 4732对法兰应力进行分类强度评定,依据ASMEⅧ-1从垫片应力和法兰转角两个方面进行密封评定。可为实际应用提供参考。     

有限元法的阀门中腔泄漏分析的应用

为了研究闸阀中腔密封机理及泄漏原因,应用有限元分析方法建立密封系统的三维有限元计算模型,计算法兰垫片密封系统的应力场、位移场和温度场.然后根据计算结果,尤其是垫片的压缩量,垫片与接触状态、接触应力、结合面的间隙等很重要的结果数据,对闸阀中腔泄漏的原因进行科学分析.为合理,科学的中法兰系统设计以及密封泄漏原因分析提供先进的技术手段.     

增压发动机排气系统密封结构优化研究

针对涡轮增压发动机排气系统存在的法兰高温变形和密封垫片压缩回弹性能差的问题,结合CAE有限元分析和密封垫片试验数据,提出法兰结构优化方法和变凸筋的密封垫片结构设计,并通过发动机台架和车辆耐久性试验,验证了密封的有效性和持久性。该优化方法通过软化局部法兰,使得排气歧管法兰各处刚性趋于一致,从而解决排气歧管和增压器结合面漏气问题;根据内部密封介质压力和密封结合面法兰在热循环中变形量情况,在法兰不同密封区域选择不同的凸筋结构,实现了持久可靠的密封效果。     

金属垫片有效密封宽度有限元分析

利用有限元软件ANSYS对不同螺栓载荷下的垫片接触应力分布进行了数值模拟。在此基础上,结合垫片系数m及内压,计算得到垫片有效密封宽度。结果表明,垫片有效密封宽度除受法兰密封面形状和垫片基本宽度影响外,还与法兰刚度和垫片几何尺寸有关;垫片有效密封宽度有限元计算值比GB150—1998规范计算值小。这为螺栓法兰金属垫片的设计与安全评价提供了参考。     

压力容器用大直径法兰连接密封垫片的选用

随着设备的大型化和操作参数的不断提升,法兰连接的密封问题越来越突出,适时化解已显得越来越重要.其中,正确选择大直径法兰用垫片是急需探讨的问题.根据大直径法兰连接结构的特点,结合不同垫片的特性,提出了大直径法兰垫片的选用建议,并结合工程实践,介绍了使用专利产品——双金属自密封复合垫片解决大直径法兰连接密封问题的案例.     

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.     

低温法兰接头热-结构耦合分析

螺栓法兰连接被大量应用于LNG低温加气站管线系统中,因LNG具有易燃易爆特性,法兰连接的结构完整性和紧密性需要重点关注。文中研究了法兰、垫片材料的低温属性;结合加气站具体工况,对法兰接头进行了稳态传热分析;综合考虑螺栓预紧力、内压、温度场及材料低温性能,建立法兰连接热-结构耦合有限元模型,对两种不同密封面形式(榫槽面及凹凸面)法兰的密封性能进行了对比研究。分析结果表明:法兰及螺栓材料能满足结构完整性要求;凹凸面法兰垫片接触应力保持能力较好,但内圈节点应力过小,密封性能差;榫槽面法兰垫片接触应力保持能力较差,而适当提高螺栓预紧力可明显改善其密封性能。     

高压自紧式法兰密封结构研究

对高压自紧式法兰密封结构进行研究，推导自紧式法兰密封比压和螺栓载荷的计算公式，并通过有限元方法进行了验证。结果表明：密封比压与内压呈一阶线性递增的关系：密封面越窄密封比压随内压递增速度越快，法兰端面与T形垫片支撑面间隙越大则初始密封比压越大。对某自紧式法兰进行结构以及热-结构耦合分析，研究内压、温度、弯矩工况的影响。结果表明：升温对高压和低压2种工况的密封性能影响不同，低压下升温使密封比压增大，高压下升温则会使密封比压有所减小；高压自紧式法兰密封受压侧垫片密封面上应力随弯矩增大先减小，但当弯矩增大到一定值后，该应力随着弯矩的增大而增大。     

自试压垫片在立管法兰安装中的应用

针对海洋石油平台输油立管法兰在水下安装过程中费用昂贵、作业风险高的特点,介绍了一种能保证单个立管法兰密封良好的自试压式垫片,从而保证所有立管法兰密封一次安装全部合格,避免水下返工的昂贵费用和风险。同时针对该垫片的结构特点和使用方法进行了介绍,对类似的作业和设计新型密封垫片具有一定的参考价值。     

高温高压大直径法兰结构及其力学性能分析

为满足高温、高压、大直径等工作环境和参数要求,采用Taylor-Waters法设计了工作压力为17.3MPa、工作温度为350℃、公称直径为1 000 mm的法兰及其密封垫片。建立了法兰及其密封垫片的有限元模型,计算了法兰和垫片在高温、高压等载荷作用下的应力和应变,并进行了强度和刚度分析与校核。计算结果表明,所设计的法兰及其密封垫片的力学性能能够满足高温、高压的恶劣工作环境要求。     

外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响

螺栓法兰连接是石油化工机械设备等工业装置中最重要的静密封连接形式之一,其失效的主要原因是泄漏.在考虑垫片的非线性和连接结构部件(法兰、螺栓和垫片)蠕变的基础上,采用ABAQUS软件对承受外弯矩作用的螺栓法兰连接结构进行了三维数值模拟,研究了外弯矩和蠕变对连接结构紧密性的影响.研究结果表明,外弯矩使连接结构垫片应力分布不均匀,蠕变进一步加剧了应力分布的不均匀性并使垫片应力减小;受拉侧垫片应力减小导致了连接结构的泄漏.     

罐车液相法兰密封性能影响因素研究

以某液氨运输罐车为研究对象,分析罐车液相法兰密封性能的影响因素,指出垫片失效变形、介质内压载荷变化和环境温度变化是影响法兰密封系统的主要因素。建立液相法兰的有限元模型,分析预紧工况下垫片的失效变形、内压载荷和环境温度对螺栓法兰接头密封性能的影响。模拟结果表明：液相法兰紧急切断阀阀根的内芯平面与法兰盘密封垫片之间存在凹陷区域,造成垫片的密封面积减少20.9%,降低法兰接头的密封性能;介质内压载荷的波动对系统密封性能影响很小;温度变化对残余压应力值的影响较大,决定密封条件的最小压力值随温度降低而降低,从而影响法兰的密封性能。