缠绕式垫片的应力分析和试验

结合法兰连接的实际，按照ASMEB16．20对缠绕式垫片压缩的要求：以HG标准中PN6．3MPa的管法兰为例，对缠绕式垫片的预紧应力进行了分析。通过垫片工艺结构的调整，使其力学性能与紧固件的要求一致，使法兰接头符合操作时的密封性。结果表明，通过调整垫片结构，控制其制造工艺，可以达到调整垫片压缩回弹性能的目的，并可获得符合紧固件的要求和法兰接头密封性要求的产品。     

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。     

柔性石墨缠绕垫片机械性能试验研究

通过调整柔性石墨填料带厚度改变缠绕密度的方法设计了缠绕式垫片的结构 ,对不同结构的缠绕式垫片进行了常温机械性能的试验研究。找出了柔性石墨厚度变化对缠绕式垫片常温机械性能影响的基本规律 ,提出了以缠绕密度为参量较好地表征比压、卸载模量、回弹量等压缩回弹特性的公式 ,并通过对试验数据的回归分析得到了公式中的系数。在确定的结构与制造工艺条件下 ,获得了符合ASMEB1 6.2 0— 1 993所要求的机械性能。表明在其它结构参数与制造工艺不变的情况下 ,通过调整柔性石墨填料带厚度改变缠绕密度的方法可以达到调整缠绕式垫片机械性能的目的     

柔性石墨缠绕垫片机械性能试验研究

通过调整柔性石墨填料带厚度改变缠绕密度的方法设计了缠绕式垫片的结构，对不同结构的缠绕式垫片进行了常温机械性能的试验研究。找出了柔性石墨厚度变化对缠绕式垫片常温机械性能影响的基本规律，提出了以缠绕密度为参量较好地表征比压、卸载模量、回弹量等压缩回弹特性的公式，并通过对试验数据的回归分析得到了公式中的系数。在确定的结构与制度工艺条件下，获得了符合ASME B16.20－1993所要求的机械性能。表明在其它结构参数与制造工艺不变的情况下,通过调整柔性石墨填料带厚度改变缠绕密度的方法可以达到调整缠绕式垫片机械性能的目的。     

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。     

高温法兰接头的稳态热分析与密封性能研究

为研究高温条件下法兰接头的保温处理的问题,利用ANSYS Workbench对WN100-100RF螺栓法兰接头在400 ℃条件下的温度场、法兰应力等进行了模拟. 结果表明,未保温接头的最高与最低温度分别为400 ℃与257.16 ℃;保温接头的最高与最低温度分别为400 ℃与390.1℃;未保温接头与保温接头的最高温度均出现在法兰与接管的内壁,最低温度均出现在螺母的外侧;保温后接头的节能效率可达到94.97%. 此外,未保温接头与保温接头的最大应力分别为294.25 MPa与297.85 MPa;未保温接头与保温接头的最大垫片压应力分别为103.44 MPa与110.42 MPa. 因此,在本文设定的条件下保温措施对法兰接头密封性影响较小.     

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.     

双主密封特殊螺纹油管接头密封性能研究

针对超深油气井中对密封性能的严格要求,基于特殊螺纹密封机理,设计一种由锥面对锥面和柱面对球面组成的双主密封特殊螺纹接头结构。采用数值模拟方法分析接头在拉伸、压缩、拉伸和内压、拉伸和内外压4种工况下,双主密封面接触应力、接触长度的变化情况,并对螺纹接头在极限载荷下的密封性能进行研究,得到接头密封能力随不同载荷的变化规律。最后对接头试样进行全尺寸试验,结果表明该双主密封特殊螺纹接头的密封性能满足使用要求。     

基于分形理论的粗糙密封表面接触模型

在修正的M-B接触模型基础上,考虑法兰与金属垫片接触属于静接触,接触界面摩擦作用对其不产生影响,建立法兰与金属垫片密封表面接触模型,得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系.研究表明,真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加;在相同接触应力下,真实接触面积随着分形维数D的增大而增大,随着尺度系数C的增大而减小,即表面越光滑真实接触面积越大.这为金属垫片密封性能的研究提供了依据.     

金属缠绕式垫片的力学分析及其性能指标影响因素

对缠绕式垫片进行了简化力学分析,通过性能试验加以验证,获得了影响垫片性能的主要因素．     

新型缠绕垫片的结构设计

设计了一种新型缠绕垫片,并与V形、W形缠绕垫片成型钢带的压缩变形进行了分析对比,结果表明所设计的新型缠绕垫片压缩性能优于W形缠绕垫片.     

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.     

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。     

垫片热态密封性能分析

在垫片高温试验装置上 ,进行了柔性石墨缠绕垫片密封性能试验研究 ,得到了垫片密封性能随温度变化的关系曲线及拟合计算公式 .研究结果表明 ,该垫片具有较好的密封性能 ,泄漏率与温度成指数关系 ,随温度的升高而增大 ,符合多孔介质模型的方程 .     

基于MonteCarlo法管道连接法兰泄漏概率计算

运用有限元软件Ansys对螺栓法兰接头进行模拟,得到了在预紧和操作工况下垫片的应力分布,计 算出不同内压工况下垫片的应力。采用MonteCarlo法在管道工作压力不断波动时进行可靠性分析,创建极限方程 并根据极限方程应用大型软件Matlab以变量的分布类型对变量进行反复随机抽样,计算出不同工作压力下螺栓法 兰泄漏的概率。分析结果表明,工作压力的波动产生的附加载荷对螺栓法兰泄漏会产生很大的影响,必须加以足够 的重视。     

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。     

确定垫片设计系数的简化方法及应用

基于螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析提出了确定垫片设计系数的简化方法,以不锈钢缠绕柔性石墨垫片实验结果计算绘制的ｙ ｐ图设计法兰,算例表明,按文中方法较现行规范更为合理和经济。