金属垫片密封机制研究

对金属垫片的泄漏形式和微观密封过程进行分析研究,并对金属垫片密封性能进行试验研究。研究表明:金属垫片密封泄漏形式主要是界面泄漏,而渗透泄漏通常可忽略不计;密封表面的表面形貌、压紧应力以及介质压力是金属垫片界面泄漏的主要影响因素,但密封表面的表面形貌对金属垫片密封效果影响比压紧应力和介质压力要显著得多。     

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。     

管法兰用柔性石墨金属齿形垫泄漏率及其预测模型

垫片在管道连接中具有良好的密封作用,在冶金、石化和航天航空等行业得到广泛的应用。以柔性石墨金属齿形复合垫片为研究对象,对不同尺寸的金属齿形复合垫片进行泄漏率测试,得到了垫片泄漏率与预紧应力、介质压力和垫片尺寸的关系,并对原有的泄漏率预测模型进行改进。结果表明,在一定预紧力下,同尺寸垫片的泄漏率随着介质压力的增大而增大,垫片外径越大,泄漏率越高;采用回归分析法,改进后的多孔泄漏模型预测结果与试验数据曲线吻合度更高。     

多因素条件下非石棉橡胶垫片密封性能

综合考虑密封介质压力、垫片尺寸效应和预紧力等多因素的影响,对不同工况下的非石棉橡胶垫片进行泄漏率试验,获得不同尺寸垫片的泄漏率与介质压力和预紧应力的关系。结果表明:泄漏率随垫片尺寸的增加而降低,随预紧应力的增大而减小,随介质压力的增加而增加。针对多因素影响下多孔介质泄漏模型对试验数据拟合精度不高的问题,对多孔介质泄漏模型进行修正,改进后的泄漏模型预测结果与试验结果更为接近,可以有效预测非石棉橡胶垫片的泄漏率。     

金属垫片接触应力分布解析算法

金属垫片密封是压力容器和管道中常见的密封形式,其失效极少是因强度不足引起的,泄漏是连接系统失效的主要原因.在真实螺栓法兰金属垫片连接结构中,垫片的局部接触应力对螺栓法兰连接结构密封性能的影响较垫片的平均压紧应力更大.笔者在Warters法的基础上,考虑了操作压力的影响,对法兰变形进行理论分析,推导了法兰偏转角的计算公式.根据法兰偏转角和金属垫片力学性能,提出了金属垫片接触应力分布的解析算法.解析计算得到的平均应力与数值模拟结果较为接近,但垫片外缘的最大应力小于数值模拟值,金属垫片接触应力的解析计算方法可作为一种保守的工程算法,可用于真实螺栓法兰金属垫片连接结构的设计.     

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。     

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.     

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.     

油套管特殊螺纹密封面微观泄漏机制研究

特殊螺纹金属对金属密封的可靠性不仅与主密封面的结构和油套管材料性能有关,而且与螺纹接头密封面表面粗糙度、泄漏介质特性等因素有关,其密封性能的研究是一项复杂而又难以解决的问题。在微观尺度下,分析特殊螺纹金属对金属气密封泄漏机制,并建立微观尺度下气体通过金属密封间隙泄漏速率的理论模型;在考虑密封表面粗糙度的情况下,建立特殊螺纹气体泄漏率的数学模型。以锥面对锥面密封为例,研究密封表面接触应力、表面粗糙度和密封面接触长度对特殊螺纹气体密封性能的影响。计算结果表明:随密封面接触应力的增大和密封面有效接触长度的增加,气体泄漏率均呈幂率指数规律降低;随密封面粗糙度的增加,气体泄漏率随之增大。     

非石棉橡胶垫片受工作介质压力影响的性能研究

由于垫片的密封失效引起的泄漏越来越受到各国的重视,任何小小的泄漏都有可能引起不可挽回的重大损失;但是,完全不泄漏是不可能的,因此,有必要研究引起泄漏的各种因素,并对其加以控制,最大限度地减少泄漏。以试验方法对非石棉橡胶垫片受工作介质压力的影响进行了研究,并使用MATLAB软件进行了拟合分析,运用三维有限元分析软件ANSYS,对非石棉橡胶垫片建立三维有限元模型,通过施加工作介质压力,分析了垫片的应力变化。研究结果表明,工作介质压力与泄漏率成正比,在条件允许的情况下,降低工作介质压力可以有效地防止泄漏。