法兰用聚四氟乙烯垫片的密封性能分析

根据有限元理论,建立了管法兰连接有限元模型,对管法兰用聚四氟乙烯密封垫片的密封性能进行了数值计算。研究了垫片在预紧状态和工作状态下的Von Mises应力和接触应力分布,分析了管道内介质压力对其应力和应力分布的影响。结果发现:垫片在工作状态下的Von Mises应力大于其在预紧状态下的;介质压力越大,垫片的Von Mises应力越大,但垫片的有效接触宽度越小。     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。     

基于非线性有限元的螺栓法兰接头应力分析

考虑法兰接头各元件之间的相互作用以及垫片材料的非线性,建立了管法兰接头的三维有限元模型,研究了螺栓预紧载荷、介质内压和法兰尺寸对法兰的偏转角度及垫片接触应力的影响。结果表明:螺栓预紧载荷及介质内压的增加均会造成法兰偏转角的增大,从而引起垫片接触应力沿径向方向分布的不均匀程度变大;法兰直径越大,其垫片应力在径向上分布越不均匀;对较小直径的法兰,轴向螺栓力随介质内压的增加而增大,对大直径的法兰,轴向螺栓力随内压增加而减小。     

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。     

泥水盾构机密封用O形圈静态接触应力分析

利用ANSYS软件对泥水盾构机密封用O形圈进行建模,分析静态接触下接触应力与压缩率、流体压力、摩擦因数、硬度之间的变化规律,并拟合接触应力与压缩率和流体压力之间的函数关系。结果表明:随着硬度、压缩率、流体压力和摩擦因数的增大,主接触应力、Von-Mises应力和剪切应力均增大,其中摩擦因数整体上对O形圈应力影响很小;O形圈硬度越大,应力随压缩率的变化率越大;当O形圈承受较小流体压力时,应选用硬度较小的O形圈,使得Von-Mises应力、剪切应力均较小,O形圈产生裂纹、剪切失效的概率减小;当O形圈承受较大流体压力时,应选用硬度大的O形圈,以保证产生的主接触应力大于流体压力。接触应力与压缩率和流体压力之间满足正比例的关系,通过接触应力与压缩率和流体压力关系的拟合式,可计算得到不同流体压力下O形圈的合适压缩率。     

热负荷对垫片密封性能影响多场耦合研究

基于非线性接触分析理论和多场耦合理论,采用通用有限元分析软件,对典型法兰密封系统在不同条件下的密封性能进行了研究。通过建立法兰、垫片和螺栓构成的密封系统三维实体装配模型和离散化处理,综合考虑螺栓预紧载荷、流体热载荷和流体压力载荷设定边界条件,对机械载荷和热载荷综合作用下的部件应力进行了数值计算,得到了不同条件下垫片的接触压力,据此评估密封性能。结果表明:热负荷对垫片接触应力影响显著,但法兰面分离量随温度升高而有所降低。     

基于螺栓法兰连接系统的垫片应力分析

所建立的参数化三维有限元模型,充分考虑了法兰螺栓联接系统的应力集中、垫片材料非线性特性以及各元件的接触非线性,研究了螺栓法兰连接系统各元件之间的相互作用,分析了预紧力、密封介质内压力等因素对垫片应力的影响。结果表明垫片应力在径向随着节点半径的增大而增大,随着预紧力的增大而增大,随着内压力的增大而减小,在周向螺栓附近的应力明显大于其它处应力。当垫片最外侧应力低于了密封所要求的最低应力时,螺栓法兰连接系统发生泄露。     

高温下螺栓法兰联接密封结构三维数值分析

采用有限元法对高温下螺栓法兰联接密封结构进行三维数值分析。分析结果表明,在稳态温度场下,螺栓法兰联接密封结构在内压作用下垫片应力降低,随着温度的升高,法兰转角增大,垫片应力持续减小;在螺栓预紧力、内压以及温度载荷的作用下,螺栓法兰联接密封结构的螺栓应力、垫片平均应力以及法兰转角基本呈线性变化。     

基于紧密度要求的非金属垫片应力场数值模拟

针对密封垫片的实际工作情况,将螺栓-法兰-垫片连接系统看成一个整体进行分析研究,并考虑系统中各元件之间的相互作用。以ASME B16.5标准中的NPS4 Class150法兰为例,建立螺栓-法兰-垫片连接系统的参数化三维有限元模型,模拟垫片材料的非线性行为。采用预紧单元模拟螺栓的预紧作用,研究了在不同预紧力和内压载荷的作用下,垫片应力的变化规律。研究结果表明:垫片应力的大小随着螺栓预紧力的增加而增大;随着内压载荷的升高,垫片的应力沿径向和周向分布更加不均匀。研究结果为螺栓-法兰-垫片连接系统的密封性能分析以及有限元法在该领域的应用提供了依据。     

气动平衡器O形密封圈密封性能分析与试验

针对气动平衡器中O形密封圈的密封问题,利用ANSYS软件建立有限元分析模型,得出不同预压缩率和工作压力下应力的变化规律。研究结果表明,随着预压缩率和工作介质压力的增大,密封圈所受到的最大接触应力和von Mises应力随之增大,预压缩率取20%时,von Mises应力受到工作压力的影响较小,密封效果较好。搭建气动平衡器密封圈密封性能测试试验平台,通过测量重物最终稳定时下降的距离计算出装置的泄漏量,通过泄漏量检验密封效果,根据试验结果,证明选用的O形密封圈具有良好的密封性能,可以满足现场工作的需要。     

吊装孔螺栓-法兰-垫片结构的泄漏率预测及参数优化

吊装孔是船舶舱室等设备结构的重要贯穿件之一,也是主要的泄漏源之一,因此有必要开展吊装孔螺栓-法兰-垫片密封结构的泄漏率预测和控制开展研究。将接触界面视作复杂微孔结构,基于多孔介质渗流理论确定了接触界面微孔结构及其变形与气体输运之间的定量关系,构建接触密封泄漏率机制模型。该模型综合考虑微观接触界面流动分析与宏观结构力学分析,且不依赖于实验回归系数,对非标准法兰密封结构设计具有重要指导意义。结合三维有限元力学分析,采用所提出的模型对吊装孔螺栓-法兰-连接结构的泄漏率预测,并定量分析多种因素的影响,包括螺栓预紧力、法兰宽度、垫片厚度、螺栓个数、螺栓直径等。计算结果表明:在其他条件不变的情况下,单独增大预紧力、垫片厚度或螺栓个数,可以减小高介质压力下的泄漏率,而改变螺栓直径对泄漏率基本没有影响。以最小泄漏率为指标,采用正交试验法对吊装孔密封结构进行优化设计,计算得出最优方案下的泄漏率与最大泄漏率相比下降了37%。     

径向受载型金属垫片法兰密封结构的力学特性研究

介绍了一种径向受载型金属垫片法兰密封结构,分析了其受力特点和密封机理。利用有限元分析方法对它的力学特性进行了研究,计算了不同的法兰锥形张角在不同轴向压缩量下的轴向力、径向力以及密封面上的最大von Mises应力,分析了其规律及对密封结构装配特性、密封特性的影响。与普通轴向受载型金属垫片法兰密封结构相比,其所需的紧固载荷较小,用较轻的法兰及较小的螺栓载荷即能实现密封作用,尤其适用于装配空间小、装配时间要求短、有辐射、需远距离操作等场合。     

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.     

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。     

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。     

泥水盾构接管用三通换向阀橡胶阀座密封研究

针对泥水盾构接管用三通换向阀密封结构易发生泄漏的问题,对三通换向阀橡胶阀座的密封特性进行研究,为提高其密封可靠性采用双道密封结构。建立双道密封结构二维有限元分析模型,对比分析橡胶双道密封在不同侧向介质压力、不同压缩量及不同倒角半径下的密封特性。结果表明:双道密封结构的von Mises应力与剪切应力与所受压缩量与侧向介质力呈线性关系;侧向介质力与倒角半径对第一道密封面的接触应力影响较大;密封面左侧的接触应力较高,第二道密封面的接触应力基本不变;当所受压缩量为2.0 mm,介质压力为1.5 MPa时,双道密封结构的综合密封性能最优。     

基于ANSYS的凹凸管法兰系统密封性能研究

运用ANSYS有限元分析软件,建立凹凸管法兰系统的热-结构数值模型,对系统内各组件的应力与温度对系统密封性的影响规律进行分析。结果表明:法兰管道与螺栓外侧法兰外缘所受应力相对较小,螺栓内侧法兰所受应力相对较大;在预紧、预紧+内压、预紧+内压+温度3种工况下垫片的径向应力过渡方式均为由大变小再变大的变化趋势,且在预紧工况下垫片的压应力最大;自螺栓底面至顶面螺栓轴向应力呈逐渐增大再减小的变化趋势。     

基于实际间隙的全回转推进器桨毂动密封性能研究

全回转推进器桨毂动密封采用O形密封,其实际间隙的改变直接导致压缩率变化,从而对密封性能产生影响。从设计角度和工作角度对桨毂密封端面的实际间隙进行分析,研究服役过程中的装配误差、实际工况和摩擦磨损导致的间隙变化规律以及相互耦合。基于该实际间隙,在ABAQUS软件中建立桨毂动密封有限元模型,分析不同压缩率和介质压力下动密封的密封性能,如Mises应力、润滑脂油膜厚度和压力等,揭示了不同间隙下桨毂动密封性能的变化规律。结果表明:随着压缩率增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体侧壁渐渐向主接触区过渡;随着介质压力增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体底部逐渐向法兰低压接触区过渡;最大油膜压力始终大于油压值,动密封不会发生失效;通过适当增加装配间隙和介质压力有利于密封圈在自密封作用下获得更好的密封性能。     

基于ABAQUS的变截面橡胶密封条热应力与密封性分析

研究用于发动机油气分离器的乙烯丙烯酸酯橡胶密封胶条在不同温度下的强度和密封性能。借助于大型有限元分析软件ABAQUS建立橡胶密封胶条与配合壳体的有限元模型,采用Mooney-Rivlin模型,对不同温度下的密封胶条进行热应力计算分析,得到橡胶密封胶条在不同温度下的Von Mises应力、压缩率、接触应力和接触宽度。结果表明:随着温度的升高,密封胶条的Von Mises应力和密封胶条与壳体连续接触面上的接触应力逐渐增加,接触宽度基本不变,密封条的压缩率逐渐减小;密封胶条的Von Mises应力远小于橡胶材料的拉伸强度,满足强度要求;密封胶条连续接触面上的接触应力始终大于油气分离器的工作压力且接触宽度符合要求,橡胶密封胶条满足密封条件。