金属垫片密封泄漏模型试验研究

建立了气体通过金属垫片的泄漏模型.对常温下金属平垫片密封性能进行了试验研究,研究了压紧应力、介质压力和表面形貌对密封性能的影响.试验表明,泄漏率随分形维数、压紧应力和尺度系数的变化规律与理论模型的描述基本一致,泄漏率的理论计算值与试验结果吻合较好,表明建立的金属垫片泄漏模型是合理的.建立的泄漏率计算公式将泄漏率、压紧应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能.     

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.     

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.     

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。     

某法兰连接结构更换保温层后的泄漏失效分析

针对某重整反应器封头高温螺栓法兰连接系统在运行半年、更换保温层并再次保温后发生的泄漏失效问题,在考虑法兰、螺栓等高温蠕变的基础上,应用瞬态热-结构分析方法探讨重整反应器螺栓法兰接头失效机制。结果表明:螺栓和法兰的高温蠕变对垫片接触应力的影响显著,但运行半年后最大垫片接触应力仍大于操作密封比压,因此高温蠕变不是造成泄漏的主要原因;更换保温层时外部降温幅度对垫片接触应力分布及大小有决定性影响,随着降温幅度的增大,保温后的垫片接触应力逐渐减小,有效密封宽度也随之减小;当降温幅度过大时,垫片接触应力将下降至小于垫片操作密封比压,垫片失去密封能力,因此更换保温层时降温幅度过大是造成泄漏的主要原因。     

表面粗糙度对金属平垫泄漏率的影响

为探究金属垫片表面形貌对泄漏率的影响,通过三维形貌仪对不同表面粗糙度的Cu、Al和316L金属垫片进行局部扫描,构建出真实法兰垫片的微观接触模型。在此基础上,进行静力学和计算流体力学分析,通过对流体域设置不同的边界条件,考察不同介质压力下,表面粗糙度和接触压力对泄漏率的影响。仿真结果表明：3种材质的垫片均呈现表面粗糙度越大,则泄漏率越大的趋势;其中,Al垫片的泄漏率对表面粗糙度最为敏感,316L垫片的泄漏率受表面粗糙度的影响最小;当表面粗糙度一定时,施加的接触压力越大,泄漏率越低,但当接触压力达到一定值后,增大接触压力对降低泄漏率的影响将越来越小。     

螺栓法兰金属垫片连接结构的紧密性分析方法

现行金属垫片的设计以垫片系数或线密封比压为依据,主要针对法兰强度问题,而没有定量泄漏和紧密性的概念,因此无法从理论上说明连接是否紧密。在金属垫片变截面泄漏通道的泄漏率计算公式、接触应力分布的解析算法以及连接结构变形协调分析的基础上,建立连接系统的紧密性分析方法。实例分析表明:通过增加垫片应力(即提高螺栓载荷),可降低连接的泄漏率,但当垫片应力水平较高时,效果并不显著。对于密封性要求高的连接,可以采用表面较光滑的垫片。以最大允许泄漏率为设计准则的设计方法与以强度为设计准则的规范设计方法相结合,有可能发展成为一种新的密封连接设计方法。     

液化石油气贮运系统静密封垫片的选择

分析了法兰连接垫片密封机理和金属缠绕垫片的密封特性。通过应用,证明金属缠绕垫片能满足液化石油气贮运系统的密封要求,指出为保证密封性能,法兰,垫片和螺栓应合理匹配。     

吊装孔螺栓-法兰-垫片结构的泄漏率预测及参数优化

吊装孔是船舶舱室等设备结构的重要贯穿件之一,也是主要的泄漏源之一,因此有必要开展吊装孔螺栓-法兰-垫片密封结构的泄漏率预测和控制开展研究.将接触界面视作复杂微孔结构,基于多孔介质渗流理论确定了接触界面微孔结构及其变形与气体输运之间的定量关系,构建接触密封泄漏率机制模型.该模型综合考虑微观接触界面流动分析与宏观结构力学分...     

金属O形环密封结构的泄漏模型研究

基于分形理论的金属垫片泄漏模型,改进了密封面的接触模型,综合考虑了密封面微凸体的完全弹性、第一弹塑性、第二弹塑性和微凸体大小分布的域扩展因子;分析金属O形环密封接触宽度与设计压缩率的关系,推导出金属O形环密封结构的泄漏模型,并进行验证分析。结果表明:压缩率在一定范围内,接触宽度随压缩率的增加而逐渐增加;但当压缩率超过一定值后,O形环发生塌陷,导致接触宽度迅速减小;各压缩率下计算得到的泄漏率与试验结果在同一量级,说明建立的泄漏模型适用于金属O形环密封结构泄漏率的预测。     

平面型非金属阀瓣截止阀的密封性能

应用有限元分析软件建立平面型非金属阀瓣截止阀密封副的简化模型,对变操作工况下密封副的接触应力分布和变形情况进行分析。对比相同工况下不同结构阀瓣的接触应力分布和位移变化的差异,比较其性能,并采用试验进行验证。结果表明:密封接触面上应力分布关于密封面中径呈对称分布,在接触面内外径处应力最大,并从两端向密封面中径方向减小。阀瓣结构中,密封垫径向有约束的阀瓣较密封垫径向无约束的阀瓣密封性能好。     

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。     

密封结构中粗糙表面特征对其气密性的影响

基于Gauss分布函数和指数自相关函数关系建立三维粗糙表面的数学模型,获得密封面的数值粗糙表面。进而在三维数值粗糙表面的基础上,采用流动数值分析方法,对金属垫片密封结构的气密性进行了研究,分析表面粗糙度、应力以及材料力学特性等相关参数对泄露率的影响。为构建泄漏率表达式,引入流量因子表征现有模型泄漏率与平行圆板模型的差异,流量因子是膜厚比的函数。该工作实现了静接触密封结构泄漏特性定量评估的数值分析方法,对各种硬密封结构的高精度设计有着重要指导意义。     

基于分形接触理论的机械密封泄漏率与膜厚预测*

针对机械密封运转过程中平均膜厚的变化规律,采用重构分形接触模型表征端面形貌,结合机械密封泄漏率预测模型,建立了平均膜厚预测模型。使用Mathematica软件对给定工况下机械密封的泄漏率和平均膜厚进行理论计算,分析不同参数条件下泄漏率和平均膜厚的变化趋势。研究表明：当分形维数较小时,尺度系数减小、材料系数增大和端面比载荷增大均可使平均膜厚减小,但材料系数变化对平均膜厚数值的影响幅度较小,而尺度系数和材料系数减小、端面比载荷增大可导致泄漏率降低;当分形维数大于1.69时,机械密封端面比载荷和材料性能参数对泄漏率和平均膜厚的影响可忽略不计。     

碱性腐蚀介质下水电解槽密封的性能分析与设计

针对碱性腐蚀介质下水电解槽的工作条件,设计了其密封结构。基于流体动力学理论,推导了水电解槽密封泄漏率公式,并分析了其密封性能。结果表明：采用聚四氟乙烯(PTFE)密封垫片和螺纹密封串联技术,系统的总泄漏率是垫片工作应力、螺纹紧扣力矩和紧扣圈数的函数。当紧扣力矩和紧扣圈数处于规定范围之内,总泄漏率随其增大而显著减小。     

Research on leakage prediction calculation method for static seal ring in underground equipments

Nowadays, underground equipments are widely applied to explore oil resource in deep earth. Static seal rings are important components keeping underground equipment working steadily. Since pressure and temperature under ground are much higher than those on the ground, it is not easy to predict leakage of static seal rings in underground equipment through experimental ways. So a leakage prediction calculation method is proposed in this paper. Framework of the method is firstly presented. A local contacting FE model is built based on fractal theory and a leakage prediction model for static seal ring is given. Then, the leakage prediction calculation method is realized. To validate the proposed method, a test is performed. It can be seen that the calculation method is useful to predict sealing ability of static seal rings in underground equipments.