高温及温度波动下止回阀中法兰密封性能研究

发布时间：2020-11-18 19:11

　　 在工程实际中,止回阀常在高温及温度波动工况下使用,导致其中法兰密封失效问题频发。而目前对引起中法兰密封失效因素的研究较少且不够深入。针对此现象,本文深入研究了高温及温度波动工况下,中法兰垫片密封性能及各元件力学行为的变化。主要工作如下:(1)利用有限元模拟研究了预紧及不同内压操作工况下中法兰的密封性能。结果表明:随着介质压力的上升法兰环上应力、偏转量逐渐增加,垫片应力下降且呈现“外紧内松”现象,导致法兰密封性能下降。(2)以稳态温度场与热—结构耦合为基础,研究了高温工况下法兰接头力学行为的变化。结果表明:高温会造成法兰环应力、变形增大,垫片应力下降。综合可知高温下法兰密封性能下降。(3)以瞬态温度场与热—结构耦合为基础,研究了不同升温速度对垫片密封性的影响。结果表明:温度升高越快,垫片应力下降越快,变形量增加越快,密封性能则大大降低。采用瞬态温度场对温度波动工况进行了研究。结果表明,温度波动会导致垫片内外侧变形增大而应力减小,垫片密封受到不可逆转的破坏。(4)利用正交试验方法,研究螺栓预紧力、温度、压力等三种因素对柔性石墨缠绕垫片与金属齿形垫片密封性的影响。试验结果表明:对于柔性石墨缠绕垫片,三种因素的影响程度由大到小为:螺栓预紧力压力温度;而对于金属齿形垫片,三种因素的影响程度由大到小为:螺栓预紧力温度压力。(5)基于正交试验结果对止回阀中法兰垫片进行优选,并通过模拟分析对比柔性石墨缠绕垫片与金属齿形垫片密封性能的优劣。结果表明:金属齿形垫片可在较大螺栓预紧力范围下使用,相比之下,柔性石墨缠绕垫片使用范围明显较小。若安装条件苛刻,推荐使用金属齿形垫片,可降低螺栓安装难度。同时对比了两种垫片对压力波动的承受能力,结果表明:金属齿形垫片更适用于压力波动工况,故将该止回阀中法兰垫片更换为金属齿形垫片,能进一步提高中法兰的密封性能。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH136
【部分图文】：

第 1 章 绪论研究背景及意义来源于温州某阀门生产企业关于止回阀中法兰密封研究项目所研究的对象为止回阀上的中法兰。是泵阀站应用十分广泛的机械元件[1]，主要作用是通过阻止流动方向的目的。组成的核心部件为阀体、阀盖、阀瓣、摇臂，如安装位置不同可分为：直通式升降止回阀、立式升降止回阀、旋一般安装直通式升降止回阀，垂直管路和倾斜管路上一般使用是自上而下流动的，旋启式止回阀在安装时基本不受安装部位管路及倾斜管路都能达到阻止流体逆流的目的。本文所研究的法兰。国内所使用的止回阀规格及参数范围如下：DN10~800，50℃。

技术路线

中法兰有限元分析前处理几何模型及三维模型建立几何模型建立的中法兰模型为型号为 H44H-63 DN600 的止回阀中法兰，该法公称直径为600mm，适用温度为-29℃~425℃。本文将在温度范围变化对中法兰密封性能的影响。面结构形式为榫槽型。螺柱选用 M33×235（GB/T901-1998），数（GB/T55）。由于柔性石墨缠绕垫片在低温、高温、高压工况下性，其压缩回弹性能较其他类型垫片优良，且对温度变化的承受无内外环的柔性石墨缠绕垫片，尺寸为 680× 720×4.5。可根模型进行适当合理的简化。简化后，法兰几何结构如图 2.1 所示示。
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本文编号：2889092