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。     

高温法兰密封接头的可靠性分析

长期工作在高温下的螺栓法兰接头，由于密封垫片和螺栓的蠕变松弛，使得垫片上的残余应力逐渐减小，法兰接头的密封可靠性逐渐降低，并最终导致泄漏失效。在考虑垫片和螺栓蠕变的基础上，对法兰连接系统进行变形协调分析，建立了高温下法兰接头的变形协调方程，进而导出了泄漏率的极限方程；通过与法兰强度、螺栓强度的极限方程相结合，得出了利用Monte Carlo法计算高温螺栓法兰接头可靠度的方法，并给出了计算实例。     

非金属垫片密封的寿命预测模型

考虑到垫片的载荷历程及其材料退化对密封性能的影响,依据多孔介质泄漏模型,建立了非金属垫片密封寿命的物理模型;对非石棉橡胶垫片密封进行了恒加速寿命试验,确立了寿命分布模型;结合寿命试验数据对非石棉橡胶垫片密封的寿命进行了预测,预测结果与工程实际相符.     

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。     

基于模糊分析的垫片密封系统可靠性设计

在充分考虑垫片密封的随机性和模糊性的基础上,提出了垫片密封系统的模糊可靠性的基本概念.从反应论模型出发,依据模糊概率理论,对垫片密封系统的模糊可靠性设计计算方法进行了初步的探讨,并且导出了相应模糊可靠性的计算公式和Monte Carlo计算程序.     

垫片密封泄漏模型研究

本文讨论了现有垫片密封模型及其泄漏率计算方法,对非石棉垫片及柔性石墨增强垫片进行了密封性能试验研究,确定了多孔介质模型泄漏率公式中的常数。这一工作为现行规范中的密封设计主要由依据连接结构强度的设计方法发展为以最大泄漏率为设计准则的密封连接的“紧密性设计”提供了理论依据。     

垫片密封失效反应论模型

提出了垫片密封系统寿命,即有效使用时间的概念,将反应论模型应用于垫片密封系统,建立了系统失效模型,得到了泄漏率与时间的函数关系以及密封系统寿命的数学表达式。     

金属垫片泄漏模型理论研究

依据分形几何理论,结合不可压缩粘性流体层流流动理论,建立基于分形参数的金属垫片泄漏模型,该模型揭示了泄漏率与密封表面形貌之间的关系。研究表明,密封表面分形维数D越大,螺栓-法兰-金属垫片密封系统越不易发生泄漏,这对于法兰和金属垫片密封表面的加工具有重要指导意义。     

金属垫片密封研究进展

介绍了金属平垫、椭侧垫、八角垫、“O”形环、双锥环、透镜垫等金属垫片密封的国内外研究进展，提出了金属垫片密封机理和泄漏模型研究以及垫片密封比压的确定是值得重视的研究课题。     

压缩无石棉密封垫片密封性能的试验研究

本文对几种压缩无石棉密封垫片的密封性能进行了较系统的试验研究，结果表明无石棉密封垫片的整体密封性能尚难与传统压缩石棉橡胶垫片媲美，但国产无石棉密封垫片的密封性能已可与进口垫片相比较。     

基于接触分析的气缸盖/气缸套密封性能研究

针对某160型柴油机的单体缸盖-气缸垫-气缸套密封系统,建立了装配体的有限元模型。采用接触分析法,研究了发动机功率提升前后,在预紧加爆压工况下原紧固螺栓对气缸垫密封性能的影响,并对气缸垫密封面的变形状态进行了弹塑性分析,对结构的密封性能进行了评价。结果表明,发动机功率提升后气缸垫发生了塑性屈服,但轴向应力仍均为负值(即压应力),轴向变形量亦均为负值(即压变形),说明提升功率后发动机工作过程中气缸垫仍然密封良好。较以往将气缸密封垫假设为弹性体相比,采用摩擦接触边界条件进行塑性有限元分析,更能体现缸盖与气缸垫接触面的真实应力与变形状态,因此接触分析法是研究缸盖/缸套密封结构的一种较佳途径。     

气缸密封性能的非线性接触分析

针对某高功率密度柴油机的气缸盖-气缸垫-气缸套-机体密封系统,建立装配体的有限元三维模型。采用非线性接触分析法,研究发动机功率密度提升后,在预紧工况下气缸垫参数设置对气缸密封仿真计算的影响,对气缸垫密封面的接触应力进行有限元分析,对结构的密封性能通过静态面压试验进行评价。结果表明:采用非线性接触边界条件进行有限元分析,更能体现气缸盖、气缸垫与机体接触面的真实应力,因此非线性接触分析法是研究气缸密封的一种有效途径。     

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.     

双波纹自密封复合垫片结构优化及密封特性研究

针对管道高压工况条件,设计了一种具有自密封性能的镍钛合金双波纹复合垫片并对其进行研究.对自密封垫片结构参数进行优化设计,采用有限元方法研究了波纹数量、波纹幅值、波纹厚度和骨架厚度对垫片压缩回弹性能的影响,并比较了不同介质压力下相同结构参数的自密封垫片和常规波纹复合垫片的密封特性.结果表明,骨架厚度和波纹厚度对垫片回弹性...     

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。     

纤维增强橡胶基密封材料的热氧老化损伤研究(Ⅱ)--老化损伤因子与垫片主要性能的关系

试验研究了热氧老化对纤维增强橡胶基密封垫片主要性能的影响，结果表明垫片性能随老化而衰减。建立了标准试验条件下老化损伤因子与压缩同弹性能、应力松弛性能以及密封性能之间的关系，以反映材料老化对垫片性能的劣化。研究结果可为纤维增强橡胶基密封材料的性能评价和研究开发提供有益的参考。     

质子交换膜燃料电池密封系统热力耦合仿真研究

温度影响质子交换膜燃料电池（PEMFC）的密封性能和力学行为,因而影响其使用寿命和可靠性。为研究PEMFC在热力耦合下的密封性能和力学行为,建立PEMFC单电池和多电池结构的二维模型,研究密封系统在不同工作温度下的应力-应变分布,讨论橡胶密封圈压缩比、双极板错位和密封垫尺寸对PEMFC密封性能和力学性能的影响。结果表明：温度对密封圈的Mises应力和膜电极组件（MEA）框架接触压力有很大影响;在不同工作温度下单电池和多电池结构的密封性能相似,应力和接触压力分布差别也不大,因此单电池结构的研究结论可以推广到多电池结构;随着橡胶密封圈压缩比和密封圈尺寸的增加,燃料电池密封性能得到改善;而双极板错位会加剧MEA框架的变形;高应力区出现在橡胶密封圈的横截面内部,容易导致局部应力集中和密封失效。     

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。