W形柔性石墨金属缠绕垫片结构及工艺参数优化试验研究

通过力学模型和理论分析,建立W形柔性石墨金属缠绕垫片弹性变形公式。以国家标准中4.5 mm厚度的缠绕垫片为基准,分别用不同宽度的平钢带设计出3种W形钢带结构,并通过正交试验研究不同W形钢带结构的柔性石墨内外环缠绕垫片在不同缠绕压紧力和拉紧力时的压缩-回弹性能,得到性能最佳的参数组合。     

V形结构金属石墨缠绕垫片的性能优化研究

通过合理的结构设计,对内外环V形金属石墨缠绕垫片的压缩回弹和密封性能进行优化试验研究,找出性能最佳的结构与工艺参数。并通过改变参数进行试验,找出参数对其性能影响的规律性。结果表明:钢带的角度、径向压紧力、切向拉紧力对缠绕垫片的性能有直接的影响,且前两者对垫片性能有显著的影响;在其它条件一定时,随着径向压紧力的增大,回弹率增大,泄漏率降低,压缩率降低;角度为95.9°和80.9°的垫片分别在60~70 MPa、50~60MPa之间基本上都发生屈服,且有明显的屈服平台;钢带角度111.6°、钢带切向力14.7 N、垫片径向力0.3 MPa组合和钢带角度95.9°、钢带切向力14.7 N、垫片径向力0.25 MPa组合的垫片性能已远远高出国标的要求,且无论是从外观质量还是内在性能均达到国际先进水平。     

金属缠绕垫片产品的质量检测与分析

通过对金属缠绕垫片产品的监督抽查检测,分析了各种因素(钢带成型角度、垫片径向力、石墨带材厚度)对金属缠绕垫片性能的影响和不合格产品的原因,总结了提高金属缠绕垫片产品质量的关键因素.     

柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构及其力学性能研究

从柔性石墨金属波齿复合垫片金属骨架结构入手,在一定的压紧应力(45.0 MPa)下,对厚度为3 mm和2 mm、具有3种不同的圆弧半径、波齿距和齿数的金属骨架采用有限元法进行应力分析,得到了应力分布状态及弹性变形与其结构的关系,可用于优化柔性石墨金属波齿复合垫片的性能结构.分析结果表明:小圆弧直径多齿数波齿垫片具有更好的承载能力,大圆弧直径少齿数波齿垫片具有良好压缩性能.     

异形结构弹性金属密封环力学特性数值研究

为对比不同结构弹性金属密封环的力学特性,建立弹性金属密封环力学特性数值模型,在验证数值模型准确性的基础上,对比分析O形、C形、U形和W形4种结构密封环的变形特性、轴向刚度和回弹性能,并分析进出口压差、温度和结构形式对轴向刚度的影响。研究结果表明:在压缩复位工况下,U形和W形环具有良好的回弹性能,C形环的回弹性能适中,而O形环的回弹性能较差;在高温高压工况下,弹性金属密封环轴向刚度随着温度的增加而减小,进出口压差对弹性金属密封环轴向刚度的影响不大,4种结构密封环的轴向刚度由大至小依次为O形、C形、W形和U形;在相同压缩量条件下,高温高压工况相比于压缩复位工况,弹性金属密封环的最大应力值更小,但应力值超过屈服强度的区域更大,结构更容易失效。通过对比4种结构密封环发现,O形环适用于高载荷低回弹的工况,U形和W形环适用于低载荷高回弹的工况,而C形环的性能适中。     

柔性石墨垫片在大直径搪瓷塔法兰上的应用

我厂氯苯吸附塔为钢壳内衬搪瓷,直径1米,高5米,由两个塔节和上下封头组成。塔节、封头为法兰连接,日本设计采用四氟包石棉垫片密封。由于搪瓷烧结过程中不可避免的变形,故塔节法兰面的平面度很差,一般在3/1000左右。因此,要求密封垫片具有足够的压缩率和回弹率,还要求密封垫片同搪瓷釜(塔)一样满足耐压、耐温、耐腐蚀的条件。 柔性石墨具有耐温变、耐腐蚀、耐辐射等性能及良好的弹性、柔性、自润滑性、不渗透性和化学稳定性,在石油、化工等工业中有着广泛的适用性。它以及由它派生出来的石墨缠绕垫片、石墨编织盘根、石墨填料环等产品正在取代四氟、橡胶和石棉制品。 1989年,我厂与滨州石墨密封件厂合作,将厚为6mm的垫片装机试用。一年来,有效地起到了密封作用,证明大型塔罐使用柔性石墨垫片是完全可行的。     

缠绕垫片钢带压缩性能研究

应用有限元法研究缠绕垫片钢带在轴向压力下的压缩性能,得出钢带直径和角度α对钢带的影响规律。结果表明,角度α为45°直径为100 mm的钢带在相同轴向压力下,V形钢带的压缩量最大,其他结构钢带的压缩量不足V形钢带的1/2,钢带角度α为45°时钢带的压缩量随钢带直径的增大而增大,并在直径达到100 mm后趋于稳定值;在其他结构参数一定时,钢带的压缩量随钢带角度α的增大而增大,除M形钢带外,各钢带随角度的增大其轴向承载能力也减小。     

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。     

高性能纯石墨缠绕垫的研制及回弹性能研究

在剖析法国LATTY公司的LATTYgraf REFLEX石墨密封垫片的基础上,设计一种高性能纯石墨缠绕垫片。研究该垫片的结构和制造工艺,对试制出的垫片进行性能测试,并以回弹率作为性能优化指标,对垫片结构参数进行优化,获得了性能优异的纯石墨缠绕密封垫片。     

金属缠绕式垫片技术的新进展

介绍了国外在金属缠绕垫片的制造技术和结构革新方面的新进展，以及关于柔性石墨填充缠绕垫片发生屈曲的问题。     

柔性石墨密封垫片的研究现状及发展趋势

主要介绍了柔性石墨的性能和制备工艺,制备工艺主要分为化学氧化法、电化学法、微波法、爆炸法和气相挥发法;总结了石墨与金属组成的复合垫片的主要结构形式,包括金属石墨缠绕垫片、石墨波齿复合垫片和金属与金属接触型垫片;还分析了石墨密封机理的研究现状,总结了现有的垫片泄露模型,并对石墨密封在核电等领域的应用前景和发展趋势进行了展望,指出未来石墨垫片发展的方向主要集中于石墨提纯、新密封结构开发,而有限元分析作为辅助的研究方法将成为热点课题之一。     

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。     

缠绕垫片成型钢带压缩性能分析

建立了缠绕垫片成型钢带受轴向压缩时的力学模型，对几种成型钢带的压缩变形进行了理论计算，并进行了分析讨论。     

石墨缠绕垫片的结构与工艺参数的研究

本文研究了金属石墨缠绕垫片的结构和工艺参数对其性能的影响，其中引用了美国ＡＰＩ标准中的相关数据进行结构设计，从而提出了对工程实践具有指导意义的重要结论。     

Effect of Surface Characteristics on Compressive Stress and Leakage Rate in Gasketed Flanged Joints

The effect of surface characteristics on compressive stress and leakage rate in gasketed flanged joints is discussed qualitatively and quantitatively based on experimental verifications. The sensitivity of the sealing phenomenon to the sealing surface characteristics, gas pressure and stress level is presented. Sealing surfaces produced with grinding, turning and milling procedures of different roughness values were the subject of the tests with three types of gasket, namely, PTFE (polytetrafluoroethylene), graphite, and spiral wound. The experimental results indicated that the roughness value Ra (average arithmetic height) has no effect on the sealing performance of the gasket, except for the ground type sealing surfaces. The platen (flange) surface forms were found to be the determining factor on the leakage rate and flow regime for gasketed flanged joints. It is shown that the surface characteristics have no effect on the leakage rate and on the gasket performance for the PTFE gasket at high stress levels. However, at low stress levels the rougher ground and milled sealing surfaces having radial channels on the surface produce larger leakage rates. The effect of surface characteristics, stress level, and gas pressure was more evident on the graphite and spiral wound gasket types, at both low and high stress levels. It is also shown that the leakage rate follows an exponential law as a factor of surface stress and gas pressure, for all sealing surface characteristics and gasket types. While there is little difference in the leakage rate for the PTFE gasket when the gasket stress level is increased by a factor of two, from S3 to S5, a substantial leakage rate reduction by a ratio of 17.5 times was observed for the graphite and spiral wound gaskets for most sealing surfaces. On the other hand, when increasing the helium gas pressure from 200 to 800 p.s.i., the leakage rate increased by 5 times for the PTFE, and up to10 times for the graphite and the spiral wound gaskets. It was determined that while molecular flow regimes can be achieved for the PTFE gasket for all sealing surfaces, the two other gasket types provided laminar flow under the same operating conditions.     

基于泄漏率的法兰密封结构垫片参数试验研究

对于压力容器的法兰密封结构而言,预紧比压y和垫片系数m是其设计时依据的两个重要垫片参数,现行压力容器设计规范ASME VIII卷中给出的y和m取值是经验值,且未能与泄漏率关联。对现有基于泄漏率的垫片参数标准试验方法进行分析,指出了其存在的不足之处,开展了石墨缠绕垫片在不同介质压力、不同加卸载循环下的密封性能试验,提出了一种更加贴合工程实际的垫片参数y和m的试验方法。通过对不同垫片初始表面应力下泄漏率与垫片系数m之间关系的拟合,得到满足不同紧密度等级所要求的y和m值,并对y和m取值进行优化使其更加方便工程应用。新的垫片参数试验方法考虑了y和m之间的关联关系,可更加准确全面地反应垫片特性,为开展基于泄漏率的法兰密封结构设计,降低石化装置泄漏率提供支持。     

缠绕垫片外环发生翘曲的原因分析

建立缠绕垫片外环V型槽不对称情况下外环的受力模型,并进行受力分析和弯矩作用下的强度计算.通过理论计算,证明缠绕垫片外环V型槽不对称时,存在一个弯矩,使缠绕垫片外环发生翘曲,从而减小对缠绕垫片本体的回弹作用,影响缠绕垫片的密封性能,这是外环翘曲缠绕垫片容易产生泄漏的主要原因;根据材料的许用应力求出临界弯矩和临界偏移量,以及在临界弯矩下外环的最大挠度,从而可防止外环发生翘曲变形,对缠绕垫片的生产、标准制定具有指导意义.     

柔性石墨波齿复合垫片的常温性能研究

本论述分析了波齿复合垫片的常温力学性能和密封性能试验研究。研究表明,波齿复合垫片具有良好的压缩回弹性能和密封性能;在试验的基础上得出了密封试验曲线及其关系方程式,可作为该种垫片密封设计的重要依据;因石墨纸与金属波齿的结合是采用粘贴方式,波谷内未能充实柔性石墨,因此反映出垫片初始压紧阶段的承载能力低,故建议垫片出厂前应进行预压缩。     

多试件垫片加速寿命试验装置试验垫片预紧应力误差分析

垫片是螺栓法兰连接系统的核心部件,对垫片寿命进行预测可提高连接系统的可靠性,而减小垫片寿命评价装置试验误差则可提高垫片寿命预测的准确性。以柔性石墨缠绕垫为例,研究多试件垫片加速寿命试验装置的法兰和垫片厚度偏差、加载的同轴度偏差和垫片安装偏差对垫片上应力分布的影响,得到在不同温度和预紧应力下的载荷比,确定试验装置所允许的最大偏差;揭示温度和预紧应力大小对试验垫片预紧应力误差的影响,提出控制预紧应力误差的方法。结果表明：预紧应力误差都随着温度的升高而减小;法兰和垫片厚度偏差引起的预紧应力误差随着预紧应力增大而减小;试验装置加载的同轴度偏差和垫片安装偏差引起的试验垫片的预紧应力误差随着预紧应力增大而增大。以试验垫片预紧应力误差1%为指标,得到法兰和垫片之间的厚度偏差应控制在-0.02～0.005 mm之间,试验装置加载的同轴度偏差应不大于0.33 mm,试验垫片的安装偏差应不大于1.24 mm。对于其他种类垫片,也可以通过提出的方法确定法兰和垫片之间的厚度偏差、试验装置加载的同轴度偏差、试验垫片的安装偏差的范围。