基于有限元分析的高温管道法兰密封设计

针对石油化工领域内设备的管道法兰连接系统的泄露问题,为提升其安全性,提出了一种法兰密封的设计方法。以某试验台高温管道处的法兰连接系统为研究对象,根据Taylor-Waters法对该连接系统垫片处进行紧密性分析,建立该连接系统的三维有限元模型。进而,对该连接系统进行温度场分析以及对该系统各部件的法兰连接不连续部位进行沿路径的线性化分析,得到法兰、螺栓、垫片的稳态温度场分布。结果表明：法兰内外壁温度具有沿半径方向逐渐降低,沿轴线方向呈先增后减趋势等规律。其次,根据《钢制压力容器——分析设计标准（2005年确认）》,对法兰接头进行强度评定,可知不同工况时,上下法兰、螺栓与垫片应力分布云图均具有对称性,且经多次应力评定,该法兰与螺栓的强度均能满足要求。最后,对垫片作路径分析,得各工况下的垫片压应力均远大于其初始密封比压,该垫片具有良好的密封性。     

螺母垫圈对螺栓法兰接头应力分布影响的有限元分析

建立螺栓法兰垫片整体的有限元模型,进行了DN500螺栓法兰连接系统的紧固实验,验证了有限元模型的合理性。通过控制螺母垫圈宽度及管道介质压力,对比分析了螺母垫圈对垫片及螺栓上应力分布的影响。结果表明,加合理尺寸的螺母垫圈不仅可以增加螺母与法兰面的接触面积,提高垫片上的压应力,而且在螺栓预紧载荷及介质压力高的情况下,可以防止螺栓的弯曲变形及垫片的圧溃失效,提高螺栓的使用寿命,改善螺栓法兰连接系统整体的密封性能。     

非标法兰连接系统结构设计及应力分析

法兰、垫片、螺栓连接系统是压力容器及管道设计中的重要内容,同时也是工程设计及使用过程中容易出现问题的关键部位.由于工程应用需要,对公称直径为450 mm的非标管道法兰、垫片、螺栓以及阀门连接系统进行了设计,开发出膨胀石墨和0Cr18Ni10Ti两种材料覆合的新型垫片.同时,将该系统作为一个整体,考虑到法兰旋转、内压对法兰、垫片、螺栓以及阀门的受力与变形的影响,应用三维有限元技术,分析在螺栓预紧过程和加压过程中法兰连接系统的整体应力分布.结果表明,法兰、螺栓等的应力强度满足要求,垫片应力及残余压紧压力满足密封要求,设计的非标法兰连接系统结构合理,应力分布均匀,使用情况良好.     

压力容器联接系统刚性分析的矩阵方法

用矩阵分析与有限元相结合的方法,定量地分析确定压力容器螺栓法兰连接系统的刚性。它可模拟整个容器连接系统在不同预紧程度和操作压力下容器的密封性能和零部件的应力变化情况,据此编制的专用程序可用来计算各种加压工况下螺栓、法兰和垫片的应力及系统的变形。同常规方法相比,本方法更接近实际,更为方便有效。     

高温螺栓法兰连接结构及风险分析

利用Ansys-Workbench,对400.00℃下的螺栓法兰连接系统进行热-结构耦合分析,研究了高温条件下螺栓法兰连接系统的密封性能。结果表明,温度从法兰内壁由内至外逐渐降低,最大应力出现在螺母与法兰盘的接触面上,最大应变出现在垫片上。对常温及400.00℃的垫片进行了密封评定,同时针对高温下连接系统中垫片易密封失效的问题,通过建立垫片强度失效的贝叶斯网络,基于专家评估等一系列方法计算得到先验概率,再利用贝叶斯网络反向推理计算根节点的后验概率并排序,找出导致垫片失效的主要因素,从而提高了垫片在使用过程中的可靠性。     

高温法兰连接系统温度场的有限元分析

利用有限元软件ANSYS创建法兰连接系统的三维温度场模型,建立螺栓、法兰、垫片间的接触对.设置边界条件及对流传热系数,研究了500 ℃高温条件下炼化装置中法兰连接系统的温度场及热流,并分析了法兰、螺栓、螺纹、螺母、垫片、空气柱的温度分布规律及具体温度值.结果表明:法兰温度从内壁面到外壁面逐渐降低,靠近螺母端外侧温度最低为334.952 ℃;螺栓温度从两端到中间呈现为先增大后减小的规律,螺栓内外侧温差最大值在螺栓的两端;垫片温度沿周向变化很小,垫片温度沿径向由内到外呈线性减小;上、下两段空气柱的温度关于垫片中面对称分布,靠近垫片端内侧温度最高.     

塔设备连接法兰的校核方法研究及应用

为了解决石化行业中塔设备连接法兰腐蚀后的连接可靠性问题,降低生产过程中的事故发生概率,对法兰校核方法进行了研究,并结合工程实例,提出了用有限元软件AxiPRO对法兰连接系统在内外载荷共同作用下的强度和刚度校核方法,克服了法兰设计校核标准中不考虑外部载荷的影响和只进行强度计算的弊端.首先对法兰连接系统进行强度校核,通过等效应力原则确定连接系统中的危险区域,考核其是否满足强度要求;然后对法兰密封性进行了计算,根据垫片应力分布情况推断法兰的泄漏情况及泄漏趋势,最后给出了法兰泄漏预判断的有限元分析方法流程.     

柔性石墨缠绕垫片密封性能试验研究

在对不同结构的柔性石墨缠绕式垫片进行常温机械性能研究的基础上,对机械性能与紧固件要求一致的垫片进行了常温密封性能试验研究。找出了常温密封性能的基本规律,提出了较好地表征垫片密封特性的公式,并通过对试验数据的回归分析得到了公式中的各系数。试验发现,该结构的垫片在预紧比压和1.1倍公称压力下的单位时间的标准体积泄漏率（氮气）达到10-4数量级,表明该结构的垫片可用于相应压力级别的管法兰上,并且具有较低的泄漏率。     

热负荷对柴油机结构强度及密封性的影响

将有限元仿真技术应用到发动机稳态传热和热机耦合分析中,研究热负荷对柴油机各部件应力分布及密封性的影响.建立1130型柴油机主要部件的有限元传热模型,施加合理的边界条件和载荷,计算得到各组件的温度场分布.借助有限元方法,分析在热应力工况下温度场对发动机密封性的影响.温度场使得缸盖螺栓张力和气缸垫片压力变大,有助于改善密封性.与机械载荷工况进行对比,在热机耦合工况下气缸套和气缸盖的应力明显变大,说明在气缸盖、气缸套的强度计算中不应忽视热负荷的作用.     

热负荷对柴油机结构强度及密封性能的影响

将有限元仿真技术应用到发动机稳态传热和热机耦合分析中,研究热负荷对柴油机各部件应力分布及密封性能的影响.建立1130型柴油机主要部件的有限元传热模型,施加合理的边界条件和载荷,计算得到各组件的温度场分布.借助有限元方法,分析在热应力工况下温度场对发动机密封性的影响.温度场使得缸盖螺栓张力和气缸垫片压力变大,有助于改善密封性.与机械载荷工况进行对比,在热机耦合工况下气缸套和气缸盖的应力明显变大,说明在气缸盖、气缸套的强度计算中不应忽视热负荷的作用.     

冲击载荷作用下螺栓连接的计算

研究在冲击力作用下螺栓受应力被破坏的状态.冲击力的强度能使螺栓和法兰盘间产生裂缝.螺栓-法兰盘系统的动态方程符合连接质量非线性的运动方程,因此该问题采用一些近似的方法解.文中比较了用几种不同方法所得的结果.     

可拆卸储罐罐体的有限元分析

储罐在公路交通事业发展中的应用越来越广泛,其安全性变得越发重要.为满足行业对储罐可以进行拆卸移动的需求,研究设计可拆卸储罐.与传统储罐不同,可拆卸储罐的纵向壁板是以连接板和螺栓形成的结构进行连接,便于拆装.针对可拆卸储罐壁板纵向以连接板和螺栓连接的结构特点,建立包含两片壁板、两壁板间的连接板、螺栓和垫片的简化有限元模型,并根据操作工况对其施加预紧力和载荷.利用有限元软件ANSYS分别对操作工况下储罐的螺栓、连接板和罐壁进行应力分析,获得了储罐各部位的应力分布情况,根据分析设计标准对关键部位进行应力强度评定.结果表明:在充满介质的情况下,储罐满足设计要求,不会发生强度失效.     

螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析

对螺栓法兰连接密封装置在内压、高温又低温等不同操作工况下的螺栓与受力部件的载荷变形关系进行了分析，推导了在不同工况下螺栓载荷的计算公式并对应紧系数、螺栓及受力部件材质等因素的影响作了初步探讨。     

变电构架中无加劲肋法兰节点有限元分析

运用有限元软件ANSYS对变电构架中常用的无加劲肋法兰进行了非线性数值分析.揭示了无加劲肋法兰节点在拉弯荷载作用下的受力特点和应力分布,比较了不同法兰盘厚度的节点在相同荷载作用下的螺栓内力,并分析了法兰盘刚度影响无加劲肋法兰节点受力性能的原因.     

高强度螺栓扭矩系数影响因素的实验研究

高强度螺栓由于其特性常被应用于特殊复杂的工况条件下,同时对螺栓的连接性能和螺栓的拧紧质量有很高的要求;螺栓的扭矩系数是测评螺栓连接性能的重要参数,且对于螺栓的拧紧质量有很大的影响。本文通过对比实验的方法,采用同一批次生产的高强度螺栓、螺母、垫片,在相同工况条件下,研究不同的垫片厚度、力矩加载速度对螺栓扭矩系数的影响规律。结果表明:在螺栓实际装配过程中,第一次加载产生压紧力最大。     

加氢反应器非标八角垫密封性能有限元分析

针对加氢反应器顶部人孔法兰处所使用的非标八角垫, 利用 A n s y s有限元分析软件计算了其密封面 在反应器进行液压试验过程中的接触应力, 分析了各个密封面上的不同接触应力的产生原因。结果表明, 接触应力 在试验压力达到峰值的时刻降至低谷, 垫片内侧两面应力最大点出现在远离垫片中心一侧, 外侧情况则与之相反。 分析所得垫片密封面接触应力的变化规律为同种非标密封结构的分析评定提供了参考依据。     

管输天然气输配波动问题与影响因素研究

针对高压管输天然气在阀门启闭瞬间产生的水力波动、不稳定流动等现象,以湖北某天然气门站为例,在已知天然气管网等相关设备参数的基础上,探究考证此现象对天然气管网安全的影响。一方面,通过力学方程对产生水力波动的天然气控制体进行受力分析,推导求解出最大的水力扰动压强约为0. 093 MPa;另一方面,利用模拟软件RealPipe-Gas对水力波动过程进行仿真模拟,确定扰动压强大致为0. 06～0. 09 MPa。采用控制变量法,模拟不同变量工况下流量、管网压力、管径对波动大小的影响,分析水力波动对系统造成的影响,并给出了减轻波动的相应措施。     

高效柴油机缸盖机械应力分析

目的研究缸盖结构改变对其应力大小及分布的影响．方法运用Ｉ－ＤＥＡＳＭａｓｔｅｒｓｅｒｉｅｓ４．０软件的建模及分析功能,根据各种不同单元模拟缸盖的实际情况,采用温度法描述螺栓预紧力,较为准确地反映其随爆发压力变化的情况。结果得出了缸盖在不同工况下的应力分布规律,在此基础上对三种设计方案的分析结果进行了对比,得出了优选结构。结论缸盖顶板与立壁之间的过渡状况、顶板与中板的形状等因素均影响缸盖的应力分布。     

螺栓法兰连接系统的热应力场

利用有限元软件ABAQUS建立了螺栓法兰连接系统的实体模型,采用热结构耦合分析方法,研究了法兰公称直径为100 mm的螺栓法兰系统的温度场及其应力场,以及在预紧力和温度梯度操作条件下螺栓等效应力、轴向应力、径向应力和切向应力的变化关系.结果表明,温度场对螺栓轴向两端的应力影响较大,当内壁温度为100 ℃时螺栓头靠近法兰一侧的等效应力增加了250 MPa,螺栓上靠近法兰一侧的螺纹的等效应力增加100 MPa,而温度场对螺栓远离法兰一侧的螺纹的应力影响很小,说明设计时应重点考虑热应力对靠近法兰一侧的螺纹与螺栓头的影响.     

Q690钢管混凝土真型杆试验研究

Z1钢管杆为采用Q690钢管混凝土的真型杆,杆全高30.6 m.在90°大风工况下对其进行荷载试验,试验结果表明:使用Q690钢管混凝土,能够满足输电线路钢管杆的设计要求,同时可降低造价,建议在输电线路工程中试点应用.对钢管、法兰和螺栓进行应变测量,分析其受力规律;对钢管的断口进行电镜扫描,分析外层钢管的破坏机理.结果 表明:加劲肋与法兰交汇处应力较大,法兰盘根部应力较小;钢材在厚度方向产生应变而变形,且变形受到混凝土约束时,有可能在厚度方向产生层状撕裂.