基于非线性垫片本构的法兰连接紧密性研究

发布时间：2020-10-26 22:43

　　 法兰连接紧密性研究是研究压力容器、管道完整性的关键内容,其中垫片是重要的密封元件,其性能可直接影响法兰连接的紧密性。因此深入研究基于非线性垫片本构的法兰连接紧密性有着重要的意义。考虑垫片的非线性压缩回弹性能,研究在非线性螺栓预紧力作用下,垫片压紧力和法兰偏转角的分布特点,对法兰连接进行紧密性研究。分别建立螺栓预紧力和工作压力的对应关系,以及螺栓预紧力和垫片应力的对应关系,可以找到一个螺栓预紧力的安全密封范围[max{_bS~A,_bS~B},_bS~C],当操作条件改变时,螺栓预紧力的有效密封范围会有所不同。研究结果表明,垫片的非线性压缩回弹性能影响法兰连接的紧密性。基于法兰连接变形协调理论,研究在高温条件下法兰连接的蠕变规律,理论推导法兰连接中各元件的蠕变方程,并对垫片蠕变做循环计算,讨论螺栓力、垫片力、垫片压缩量和垫片蠕变位移随时间的蠕变规律,由于在运行状态下满足垫片密封的最小垫片压缩应力为mp(4.05 MPa),当蠕变率稳定时,垫片的最小压紧应力为44.8869MPa,满足规定的紧密性要求。由于螺栓在高温热胀后会造成预紧力丧失,因此需对螺栓施加热态紧固操作,并再次对法兰连接进行蠕变循环计算,与第一次蠕变结果进行比较后,可以看出热紧操作可以补偿螺栓应力和垫片应力的损失。引入泄漏率的概念,基于PVRC设计方法和ASME标准,提出了一种特殊的法兰密封性评估方法。由垫片的基本密封特性方程可计算得到不同工作条件下法兰连接的泄漏率,由此可判断该系统是否满足规定的紧密性。另外,同一垫片在不同工作压力条件下得到的满足要求紧密度等级的最小垫片应力是不同的,以柔性石墨金属波纹垫片满足_2T紧密度等级下为例,室温下取不同工作压力分别为1.35MPa、3.5MPa、5.5MPa、6.3MPa时,对应的最小垫片应力分别为3.571MPa、5.668Mpa、6.730Mpa、7.374MPa,由变形协调方程,将计算所得的残余垫片压紧应力与最小垫片应力进行比较,从而可以判定该法兰连接是否达到规定条件下的紧密度要求。
【学位单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

基本组成结构如图 1-1 所示，主要由三个元件组、法兰和垫片。连接在工作状况下，不仅要满足刚度的要求还要满足密栓压紧力通过法兰从而压紧垫片，此时垫片表面所产生补接触法兰与垫片接触表面间的微观不平度，此时法兰质的泄漏而保证有效密封。此外由于垫片具有非线性压此在法兰连接系统中其结构及材料具有非线性，在初始压紧力压紧垫片使其产生塑性变形，此时垫片因受力变；当法兰连接在工况下，作用在法兰和垫片之间密封表力随着螺栓在介质压力的作用下被拉长而减小，由于螺况的稳定而不再被拉长，此时垫片处于正常密封状态，统的状态也相对稳定[7]。

图2-2 RPL50高温电子蠕变疲劳测试机子蠕变疲劳试验机的功能非常完善，主要用拉压过零低周疲劳和动态蠕变疲劳及拉伸蠕长时力学性能试验。在进行压缩回弹试验中的垫片，该试验机可设置不同的试验参数，施加不同的加载速率、试验温度及试验载荷片位移及应力变化进行实时监测及纪录。该1。功能特点有：变试验，松弛试验和持久试验可以在高温压过零试验，低周疲劳试验和蠕变疲劳试验过程为拉拉式或拉压式，采用过零无间隙机

400 18.02 45.93 4.1322.4.2 试验结果及分析图2-3 为柔性石墨金属波纹垫片在加载速率为0.5MPa·s-1不同试验温度下的垫片压缩回弹曲线，即第一个加卸载循环中垫片变形量与垫片应力的曲线，由图可知，在同一加载速率下， 随着温度的升高，柔性石墨金属波纹垫片在最大载荷下的压缩变形越大，温度越高，压缩曲线越平坦，而回弹曲线越陡。在常温下，垫片加载至最大总载荷时的最大变形量为 0.762mm，由试验数据计算其在压缩阶段的压缩率为 C=75.331%，弹性模量 E=8.890MPa/mm
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本文编号：2857621