腐蚀条件下悬空海底管道的受力分析

腐蚀失效是海底管道面临的的主要风险之一。为研究不同腐蚀条件对海底管道强度的影响,通过考虑腐蚀的腐蚀深度、环向角度、轴向长度等各个不同的参数对悬空管道的强度影响,开展了不同腐蚀条件下悬空海底管道的强度评估研究。结果表明:管道的最大等效应力随着腐蚀深度基本成线性变化;悬空管道腐蚀区域上的最大等效应力是随着腐蚀环向角度的增大而减小,在环向角度较小时,最大等效应力随着环向角度的增加减小得较快;在腐蚀长度较小时悬空管道腐蚀区最大的等效应力也较小,但在腐蚀长度到一定的大小之后,腐蚀区的应力大小有一定的起伏,但总体上腐蚀长度对于悬空管道腐蚀区的最大等效应力的影响不大。     

注剂式带压密封技术在压力管道中的应用

注剂式带压密封是在不停车的情况下消除压力管道泄漏最安全、最可靠的技术手段.分析了压力管道本体泄漏的主要原因,探讨了注剂式带压密封的基本原理及施工工艺,分析了密封注剂的类型、选用原则及使用注意事项,介绍了夹具的设计准则及设计计算公式.     

含环向减薄缺陷主蒸汽管道蠕变应力变化规律研究

厚壁耐热钢广泛应用于高温电厂的主蒸汽管道。局部减薄缺陷是高温压力管道常见的体积型缺陷,局部减薄缺陷的存在对高温环境下运行的管道应力重分布会产生较大的影响,降低管道的承载能力。采用大型有限元分析软件ABAQUS对在蠕变条件下运行、受内压作用含环向减薄缺陷主蒸汽管的蠕变应力进行了有限元数值模拟,获得了应力重分布的变化过程。结果表明,含环向减薄缺陷直管,由于存在结构不连续,导致应力水平提高。在高温环境下,应力最大位置和应力集中系数最大位置可能会随蠕变时间的变化而改变,给出了含环向减薄管道应该主要关注的位置。研究结果可为高温含环向减薄缺陷管道的安全评定和完整性分析提供依据。     

接触式中间旋转环式机械密封的结构优化

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

中间旋转环式机械密封结构优化研究

借助ANSYS分析影响中间旋转环式机械密封性能的关键结构参数,结果表明,静环和动环的伸出长度对密封性能的影响很小,中间环厚度和密封面宽度对密封性能的影响较大,且中间环厚度及密封面宽度对密封性能的影响是相互独立的;中间环厚度增大时,最高温度和最大等效应力减小,但最大接触压力和泄漏量增大;密封面宽度增大时,最高温度、最大等效应力和泄漏量增加,但最大接触压力减小。对密封环结构进行优化,得出最佳的动静环伸出长度、中间环厚度和密封面宽度,优化后机械密封的最高温度、最大等效应力、最大接触压力下降,对机械密封的运转更为有利。     

含局部减薄缺陷压力管道承载能力研究

局部减薄缺陷会降低压力管道的承载能力,影响管道的安全运行。通过应力强度评定、极限载荷分析及安全评定标准三方面对含局部减薄缺陷压力管道的承载能力进行系统研究,研究了缺陷尺寸(缺陷相对轴向长度,缺陷相对环向角度,缺陷相对深度)对许用载荷、极限载荷和安全评定载荷的影响规律。结果表明,在内压作用下,缺陷相对深度对管道的承载能力影响最大,缺陷相对轴向长度次之,缺陷相对环向角度的影响最小。对比分析发现许用载荷和安全评定载荷基本吻合,极限载荷值高于许用载荷值34.92%左右;许用载荷与安全评定载荷的比值会在一定范围内波动,存在缺陷尺寸相关性;极限载荷值与许用载荷值的比值和局部减薄缺陷的尺寸无关。相对于极限载荷,许用载荷、安全评定载荷是安全的,符合工程应用的要求。     

容器法兰局部泄漏的动态处理方法

1　前言目前国内压力容器上的大型法兰局部泄漏在不停产的条件下进行消除 ,多采用“注剂式带压密封技术”[1] 。该技术是我国“七五”计划期间大力开发和推广应用的 70项高科技项目之一。许多国内的连续化生产企业都引进了该项技术。其基本原理是 :密封注剂在人为外力的作用下 ,被强行注射到夹具与泄漏部位部分外表面所形成的密封空腔内 ,迅速地弥补各种复杂的泄漏缺陷 ,在注剂压力远远大于泄漏介质压力的条件下 ,泄漏被强行止住 ,密封注剂自身能够维持住一定的工作密封比压 ,并在短时间内由塑性体转变为弹性体 ,形成一个坚硬的、富有弹性的…     

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明：随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。     

压力扰动下气膜浮环密封的瞬态稳定性研究

针对浮环密封容易因密封气压力的扰动导致性能不稳定,从而发生故障以致设备停产的问题,对受压力扰动下的浮环瞬态密封稳定性和上浮稳定性进行了研究。采用UDF编程以及Fluent软件,建立了浮环密封气膜瞬态研究模型;通过提取稳态运行时的结果,设定受扰瞬态模拟的初始值,采取调整时间步长的方法使迭代计算结果收敛,同时对比和分析了不同精度网格模拟结果验证其无关性;并进一步地研究了正弦压力扰动下浮环瞬态密封性能及瞬态上浮性能的变化规律,通过分析不同结构参数大小的浮环受扰结果,探究了浮环间隙及节流长度与瞬态稳定性的内在联系。研究结果表明:在正弦压力扰动下,浮环间隙越大瞬态密封稳定性能越差,间隙为0.013 mm时,密封受扰瞬态稳定性最好;浮环节流长度增加,压力扰动下的瞬态泄漏量波动会减小,而瞬态上浮力波动会增大,但当节流长度超过5 mm后,稳定性基本不再劣化。设计时可尽量减小间隙并适当增加节流长度以增强浮环瞬态稳定性。     

在用含缺陷压力管道的安全性分析

采用ANSYS有限元分析软件,建立了7组不同情况下含平面缺陷的弯管有限元模型,对管道上裂缝进行了应力计算和分析,并采用GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》标准对含裂缝缺陷的压力管道进行了简化评定。结果表明7组评定点均处于安全区域,故裂纹缺陷不影响管线正常运行。     

双腐蚀缺陷油气管道剩余强度分析

以X60双腐蚀缺陷油气管道为研究对象,借助ANSYS软件,分析双腐蚀缺陷半径和缺陷深度对其等效应力和剩余强度的影响。结果表明:随着轴向位置的增加,双腐蚀缺陷管道等效应力在屈服极限与抗拉极限之间变化;随着缺陷半径的增大,剩余强度呈增加的趋势,安全性增强;随着缺陷深度的增大,剩余强度呈减小的趋势,安全性降低。所得结论对于油气管道的腐蚀安全评价有一定的参考意义。     

TSG R6003--2006《压力容器压力管道带压密封作业人员考核大纲》的特点及若干问题的商榷

简述了我国特种设备安全技术规范系统及TSG R6003--2006《压力容器压力管道带压密封作业人员考核大纲》颁布的意义和内容,指出本大纲中出现的术语不统一、内容不协调、适用范围不肯定及选词不当,给出了具体的修改意见。阐述了用“密封注剂”取代“密封剂”术语的根据和必要性。希望本规范在修订时能充分考虑这些建议,使本考核大纲日臻完善。     

双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大, O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。     

离心载荷下贮氢压力系统结构安全评定研究

基于失效评定图技术理论,根据贮氢压力系统结构、材料和载荷特点,制定结构安全评定程序及项目。缺陷检测结果表明:贮氢压力系统主缺陷为焊缝底端未焊透。将其表征为三参量矩形环向缺口,结合材料性能数据,通过有限元应力求解可知:离心及内压综合载荷作用下最大等效应力出现在未焊透根部两侧尖端,随缺陷深度增加而增大,且变化趋势基本成线性关系;随宽度减小而增加,但宽度值大于0.5 mm后,最大等效应力基本不再变化。计算贮氢前后不同深度缺陷失效评定点Lr和Kr值,绘于失效评定图中,评定结论如下:当未焊透缺陷深度不超过60%壁厚时,结构是安全的,安全系数大于1.5;结构失效模式为塑性失稳,长期贮氢后由于材料断裂韧度的下降及缺陷的扩展,失效模式将逐步由塑性失稳转为弹塑性断裂,但效应并不显著。     

智能井井下流入控制阀结构设计及密封性能分析

流入控制阀是智能井技术的核心,在油气井高温高压等复杂的环境中,流入控制阀的密封效果直接影响阀的正常工作。依据智能完井工况,设计流入控制阀的结构及其金属密封结构。利用有限元分析软件ANSYS建立金属密封结构的有限元模型,分析最大过盈量、密封圈接触面的锥度、密封圈内部槽的几何尺寸、井下压力状态等敏感性参数对密封结构密封性能的影响。结果表明,随着金属密封圈最大过盈量的增加,最大接触应力降低而最大等效应力增加,而随着接触面锥度的增大接触面长度变长,接触压力和最大等效应力均呈下降趋势;内槽锥度对金属接触对影响较小,对密封圈的等效应力影响较大,内槽锥度增大,等效应力大幅增加。综合考虑应力的影响,应选择合适的最大过盈量,密封圈接触锥度不宜太大,且应尽量减小内槽面的锥度。     

压力管道安全评定技术的进展

为保证压力管道的安全运行, 必须通过试验研究掌握含缺陷压力管道的破坏机理、失效模式、承载能力和在载荷作用下的裂纹张开面积和介质泄漏速率等规律, 同时寻求这些性能与管道材料、结构、缺陷尺寸等参数间的关系;从而建立压力管道缺陷评定方法、制订和修订相应的评定标准或准则; 按 “合乎使用的原则”对含缺陷的在役压力管道进行分别处理, 既做到经济又保证安全运行。由于压力管道大多数含环向缺陷,所以本文仅就含环向缺陷压力管道的评定方法作简要的介绍。     

复杂载荷下含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷分析

针对净截面垮塌(NSC)准则仅适用于拉、弯组合载荷的局限性,根据压力管道实际受力特点,提出了一种基于内压/弯矩/扭矩复杂载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷理论分析方法及其表达式,该方法还充分考虑了管道曲率(管径比)、未焊透缺陷环向长度、深度对压力管道塑性极限载荷的影响。借助有限元分析方法对含各类未焊透缺陷的压力管道塑性极限载荷进行了数值计算并与理论值进行了比较。结果表明:该方法能较好地反映含未焊透缺陷压力管道的实际承载能力,结果可靠,可大大提高含未焊透缺陷压力管道安全评定的有效性。     

基于流固热耦合的浮环密封力学特性数值研究

考虑温度的影响,建立浮环密封力学特性流固热耦合数值求解模型,在验证计算方法准确性的基础上,研究浮环密封的流场特性,以及石墨烯、石墨、铝合金以及碳化硅4种材料的浮环密封在不同进口压力、温度时的力学特性。结果表明：浮环密封在偏心时,由于楔形间隙的存在,气流经过这种结构产生流体动压效应,在较薄的流体域一侧形成局部高压区,较厚的一侧压力无明显变化,而温度沿轴向方向逐级升高,且偏心率越大,偏心位置的温度越大;浮环密封流体域温度随着进口压力的升高而降低,因温度影响材料的属性,使得不同材料的浮环密封结构对温度会很敏感;不同材料浮环密封的变形量随进口压力的增加而减小,应变也随着进口压力的增加而减小;4种材料浮环密封的变形量与应力均随着进口温度的增加而增大。     

基于ANSYS Workbench的螺旋槽干气密封流固耦合分析

采用Solid Works软件建立螺旋槽干气密封的动环和气膜的三维模型,用ANSYS Workbench对模型进行单向流固耦合分析,得到动环密封端面的应力和应变分布情况,并研究动环转速和介质气体压力对动环密封端面应力和应变的影响。结果表明,动环密封端面应力和应变主要集中在螺旋槽区域,在螺旋槽根部出现应力和应变的最大值,体现出螺旋槽干气密封很好的动压效应;动环转速和介质气体压力对动环密封端面应力和应变均有较大影响,并且动环密封端面最大应力、最小应力及最大应变和最小应变均随着动环转速和介质气体压力的增大而增加。     

航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。