管法兰系统稳态与瞬态密封性数值模拟分析
发布时间：2021-08-22 08:23
管道法兰连接系统已被广泛应用到各行各业,系统主要包括法兰、垫片、螺栓以及被连接工件,将两部分管道通过螺栓的预紧力紧密地连接在一起。但由于系统受外界与内在因素的影响,经常导致管道法兰系统密封不良而失效,就会造成管道泄漏的问题,不仅浪费资源、污染环境、引起较大的经济损失,而且将会导致灾难性后果与人身伤亡。因此,通过对管道法兰密封性的数值分析与研究,进行安全性评价,对工程实际应用具有重要意义。文中针对管道法兰连接系统由于密封性问题引起泄漏的问题,运用ANSYS有限元分析软件,建立管道法兰连接系统的数值模型,从应力场与温度场方面对系统进行分析,研究系统各组件的应力与温度对系统密封性的影响规律,得出试验难以得出的数据,利于指导结构密封性的优化设计。首先,对法兰连接系统进行了温度场稳态分布研究,分析表明,系统中管道、垫片、法兰、紧固组件的温度变化率呈递减关系。然后,建立了热—结构耦合场模型,对系统各组件的应力场进行研究,分析出管道法兰、垫片及螺栓在三个工况（预紧、预紧+内压、预紧+内压+温度）下的应力分布。而且,文中对管道法兰系统进行瞬态温度场研究,分析了系统启动时升温过程与系统停止运行时降温过程...
【文章来源】：吉林化工学院吉林省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
法兰失效案例Fig1.1Flangefailurecase
?）密封机理与要求法兰系统密封可分为初始密封与工作密封。初始密封在装配垫片时完成的，通过对螺栓施加预紧力来压紧垫片[13]。初始密封的产生是建立在密封面有足够大的压紧力，来使得垫片发生弹性变形，处于挤压变形状态，改善由于法兰面不平带来的密封性能差的状况[14]，堵塞易发生泄漏的法兰界面，来达到初始密封的要求。对垫片施加的预紧力值取决于垫片本身的材料属性，而这个预紧力是螺栓起始的紧固力[15]。使用的法兰应是符合有关国家设计标准，必须具备足够高的强度与抗偏转或翘曲变形的刚度。法兰-螺栓-垫片结构见图1.2所示，放入垫片并拧紧螺栓后，将垫片压紧在上下法兰之间[16]。图1.2普通法兰连接形式Fig1.2Commonflangeconnectionform
第1章绪论11北京化工大学的徐鸿和曹宝刚运用ANSYS有限元分析软件对管法兰建立三维有限元模型，分析了管法兰连接系统中各部件的几何尺寸、材料属性及载荷大小对法兰接头紧密性的影响规律，为管法兰的优化设计提供了支撑和参考价值[42]。1.4技术路线及研究内容文中的技术路线如图1.3所示。通过建立有限元模型，先进行了温度场稳态分布研究、热-结构耦合场模型研究以及系统的紧密性评定，以及瞬态温度的变化对管法兰系统的密封性能影响，将结构场与瞬态温度场两者相互结合，模拟法兰接头的结构（螺栓、垫片）瞬态热应力随着时间变化的分布情况。并分析研究了管道密封性能的各种影响因素。图1.3论文技术路线Fig1.3Technicalrouteofthesis第一章介绍课题研究的背景及意义，查阅大量文献，描述了目前管法兰系统密封稳态与瞬态密封性的研究方法，对国内外研究情况进行归纳总结，分析法兰结构密封性的主要影响因素；第二章主要是确定管法兰系统密封连接结构的材料参数与几何模型，建立系统的3D有限元模型，阐述系统的力学理论与传热学理论基础知识，为后续系统的应力场与温度场分析打下基矗另外，介绍了系统的力学理论与传热学理论的基本知识；第三章利用ANSYS有限元分析软件对法兰连接系统进行温度场稳态分布研究、热-结构耦合场研究以及系统的紧密性评定；第四章利用ANSYS有限元分析软件，对管法兰系统进行瞬态温度场研究，分析了系统启动时升温过程与系统停止运行时降温过程这两种不同工况下管法兰系统的温度场与应力场变化状态；以及对压力恒定不变的条件下研究瞬态温度场对螺栓、垫片应力的影响；第五章利用ANSYS有限元分析法分析管道密封性能的影响因素，主要从法兰环厚
【参考文献】：
期刊论文
[1]管道法兰螺栓“热紧”必要性探讨[J]. 杨林. 化肥设计. 2019(04)
[2]法兰设计方法及预紧力的确定[J]. 姜峰,黄鑫,武建生. 兰州理工大学学报. 2019(04)
[3]海洋油气管道电偶腐蚀堆焊法兰解决方案[J]. 王国富. 辽宁化工. 2019(04)
[4]基于FMEA的在用螺栓法兰接头可靠性维护方法研究[J]. 庄法坤,刘文,宋策,陈铭. 山东化工. 2018(13)
[5]压缩机管道法兰泄漏的有限元分析[J]. 邓晶,张建军,肖强,李鹏,曾柏森,徐宜桂. 压缩机技术. 2018(02)
[6]基于有限元的LNG管道法兰连接紧密性分析[J]. 盛威,柳海章,杨建坤. 机械设计. 2017(08)
[7]油田运输管道中的弯管法兰焊接仿真及优化分析[J]. 热依汗古丽·木沙. 装备制造技术. 2017(06)
[8]低温环境下管道法兰连接的应力分析[J]. 刘小川,许晶禹. 管道技术与设备. 2017(01)
[9]法兰密封装配技术分析[J]. 张铁钢. 石油化工设备技术. 2016(04)
[10]基于Monte Carlo法管道连接法兰泄漏概率计算[J]. 王程龙,谢禹钧,韦权权,于小泽. 石油化工高等学校学报. 2016(02)
硕士论文
[1]管法兰螺栓预紧力的确定及安全性评定[D]. 郭一帆.兰州理工大学 2019
[2]高温及温度波动下止回阀中法兰密封性能研究[D]. 赵维乐.兰州理工大学 2019
[3]螺栓法兰接头垫片安全密封性能分析[D]. 梁宇翔.兰州理工大学 2017
[4]动载荷下螺栓法兰接头的密封性能研究[D]. 吴平.华东理工大学 2016
[5]LNG管线结构分析与密封性研究[D]. 盛威.天津大学 2016
[6]高温法兰连接系统的紧密性及评价方法研究[D]. 王明伍.武汉工程大学 2015
[7]金属与金属接触型法兰接头预紧方法及密封性能研究[D]. 刘雁.华东理工大学 2014
[8]高温下承受外弯矩的法兰接头完整性分析[D]. 盛涛涛.华东理工大学 2014
[9]螺栓法兰接头完整性和密封性影响因素分析[D]. 张志明.华东理工大学 2013
[10]基于蠕变的高温法兰强度与密封分析[D]. 卢均臣.华东理工大学 2012
本文编号：3357383
【文章来源】：吉林化工学院吉林省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
法兰失效案例Fig1.1Flangefailurecase
?）密封机理与要求法兰系统密封可分为初始密封与工作密封。初始密封在装配垫片时完成的，通过对螺栓施加预紧力来压紧垫片[13]。初始密封的产生是建立在密封面有足够大的压紧力，来使得垫片发生弹性变形，处于挤压变形状态，改善由于法兰面不平带来的密封性能差的状况[14]，堵塞易发生泄漏的法兰界面，来达到初始密封的要求。对垫片施加的预紧力值取决于垫片本身的材料属性，而这个预紧力是螺栓起始的紧固力[15]。使用的法兰应是符合有关国家设计标准，必须具备足够高的强度与抗偏转或翘曲变形的刚度。法兰-螺栓-垫片结构见图1.2所示，放入垫片并拧紧螺栓后，将垫片压紧在上下法兰之间[16]。图1.2普通法兰连接形式Fig1.2Commonflangeconnectionform
第1章绪论11北京化工大学的徐鸿和曹宝刚运用ANSYS有限元分析软件对管法兰建立三维有限元模型，分析了管法兰连接系统中各部件的几何尺寸、材料属性及载荷大小对法兰接头紧密性的影响规律，为管法兰的优化设计提供了支撑和参考价值[42]。1.4技术路线及研究内容文中的技术路线如图1.3所示。通过建立有限元模型，先进行了温度场稳态分布研究、热-结构耦合场模型研究以及系统的紧密性评定，以及瞬态温度的变化对管法兰系统的密封性能影响，将结构场与瞬态温度场两者相互结合，模拟法兰接头的结构（螺栓、垫片）瞬态热应力随着时间变化的分布情况。并分析研究了管道密封性能的各种影响因素。图1.3论文技术路线Fig1.3Technicalrouteofthesis第一章介绍课题研究的背景及意义，查阅大量文献，描述了目前管法兰系统密封稳态与瞬态密封性的研究方法，对国内外研究情况进行归纳总结，分析法兰结构密封性的主要影响因素；第二章主要是确定管法兰系统密封连接结构的材料参数与几何模型，建立系统的3D有限元模型，阐述系统的力学理论与传热学理论基础知识，为后续系统的应力场与温度场分析打下基矗另外，介绍了系统的力学理论与传热学理论的基本知识；第三章利用ANSYS有限元分析软件对法兰连接系统进行温度场稳态分布研究、热-结构耦合场研究以及系统的紧密性评定；第四章利用ANSYS有限元分析软件，对管法兰系统进行瞬态温度场研究，分析了系统启动时升温过程与系统停止运行时降温过程这两种不同工况下管法兰系统的温度场与应力场变化状态；以及对压力恒定不变的条件下研究瞬态温度场对螺栓、垫片应力的影响；第五章利用ANSYS有限元分析法分析管道密封性能的影响因素，主要从法兰环厚
【参考文献】：
期刊论文
[1]管道法兰螺栓“热紧”必要性探讨[J]. 杨林. 化肥设计. 2019(04)
[2]法兰设计方法及预紧力的确定[J]. 姜峰,黄鑫,武建生. 兰州理工大学学报. 2019(04)
[3]海洋油气管道电偶腐蚀堆焊法兰解决方案[J]. 王国富. 辽宁化工. 2019(04)
[4]基于FMEA的在用螺栓法兰接头可靠性维护方法研究[J]. 庄法坤,刘文,宋策,陈铭. 山东化工. 2018(13)
[5]压缩机管道法兰泄漏的有限元分析[J]. 邓晶,张建军,肖强,李鹏,曾柏森,徐宜桂. 压缩机技术. 2018(02)
[6]基于有限元的LNG管道法兰连接紧密性分析[J]. 盛威,柳海章,杨建坤. 机械设计. 2017(08)
[7]油田运输管道中的弯管法兰焊接仿真及优化分析[J]. 热依汗古丽·木沙. 装备制造技术. 2017(06)
[8]低温环境下管道法兰连接的应力分析[J]. 刘小川,许晶禹. 管道技术与设备. 2017(01)
[9]法兰密封装配技术分析[J]. 张铁钢. 石油化工设备技术. 2016(04)
[10]基于Monte Carlo法管道连接法兰泄漏概率计算[J]. 王程龙,谢禹钧,韦权权,于小泽. 石油化工高等学校学报. 2016(02)
硕士论文
[1]管法兰螺栓预紧力的确定及安全性评定[D]. 郭一帆.兰州理工大学 2019
[2]高温及温度波动下止回阀中法兰密封性能研究[D]. 赵维乐.兰州理工大学 2019
[3]螺栓法兰接头垫片安全密封性能分析[D]. 梁宇翔.兰州理工大学 2017
[4]动载荷下螺栓法兰接头的密封性能研究[D]. 吴平.华东理工大学 2016
[5]LNG管线结构分析与密封性研究[D]. 盛威.天津大学 2016
[6]高温法兰连接系统的紧密性及评价方法研究[D]. 王明伍.武汉工程大学 2015
[7]金属与金属接触型法兰接头预紧方法及密封性能研究[D]. 刘雁.华东理工大学 2014
[8]高温下承受外弯矩的法兰接头完整性分析[D]. 盛涛涛.华东理工大学 2014
[9]螺栓法兰接头完整性和密封性影响因素分析[D]. 张志明.华东理工大学 2013
[10]基于蠕变的高温法兰强度与密封分析[D]. 卢均臣.华东理工大学 2012
本文编号：3357383
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