基于泄漏率的金属缠绕垫片性能研究

发布时间：2017-08-06 14:15

  本文关键词：基于泄漏率的金属缠绕垫片性能研究

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【摘要】：从现行的压力容器设计规范来看,法兰的设计方法中给出的垫片比压无法实现泄漏率的定量控制,因此研究基于紧密度的垫片比压的变化趋势和对应压力下的垫片性能十分必要。本文以实现泄漏率的定量控制为目标对石化过程承压设备典型服役条件下常用的柔性石墨金属缠绕垫片的结构和性能进行研究,主要的研究内容及结论如下:(1)压缩回弹试验研究发现,材料和缠绕密度相同的垫片的压缩回弹性能基本相同;对于不同缠绕密度的垫片,随着缠绕密度的增大,垫片的压缩率减小,回弹率增大。304材料的垫片相对于316垫片,压缩率较小,回弹率较高。(2)对不同缠绕密度的垫片的压缩回弹性曲线进行拟合,得到包含缠绕密度的垫片压缩回弹特性方程。(3)对垫片的重复加载卸载过程进行试验研究,发现分步预紧不会对垫片的力学性能造成较大的影响。(4)通过垫片的密封性能试验发现,在较低的垫片预紧压力下,介质压力对垫片泄漏率的影响更为明显,缠绕密度较高的垫片更适用于较高公称压力下的密封。给出了在4MPa内压下泄漏率可以达到1.2×10~(-5)ml/s的垫片所对应的垫片系数(m,y)为(18,120)。(5)通过有限元计算结果对螺栓法兰接头的结构完整性进行分析,发现垫片上的应力沿径向呈不均匀分布,最小应力产生在垫片的内侧,最大应力在垫片的外侧;内压也会对垫片的受力有所影响,垫片进行卸载,应力相应减少。垫片径向上的应力随预紧力的增大而增大,螺栓预紧力对垫片上的最小应力的影响呈现逐渐减弱的趋势。通过对螺栓法兰上的Von-Mises应力分布情况进行分析,发现法兰在螺栓孔的位置发生了一定面积的屈服。
【关键词】：泄漏率 金属缠绕垫片 缠绕密度 密封性能 结构完整性
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 密封分类和机理11-13
• 1.2.1 密封分类11-12
• 1.2.2 密封机理12-13
• 1.3 国外法兰密封结构技术研究现状13-19
• 1.3.1 PVRC基于紧密度的法兰接头设计方法14-16
• 1.3.2 EN基于紧密度的法兰设计方法16-19
• 1.3.3 其它基于紧密度设计方法的研究工作19
• 1.4 国内法兰密封结构技术研究现状19-22
• 1.5 缠绕垫片研究现状22-27
• 1.6 本文的主要研究内容与方法27-28
• 第2章 柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能试验研究28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 试验用垫片和参数29-31
• 2.3 试验设备31-32
• 2.4 试验操作32
• 2.5 试验结果处理及分析32-43
• 2.5.1 PN组垫片在最大轴向应力70MPa下垫片的特性曲线33-35
• 2.5.2 PN组垫片在最大轴向应力110MPa下垫片的特性曲线35-37
• 2.5.3 PN组垫片在最大轴向应力150MPa下垫片的特性曲线37-39
• 2.5.4 CLASS组垫片在最大轴向应力150MPa下垫片的特性曲线39-41
• 2.5.5 柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹公式41-42
• 2.5.6 垫片的重复加载卸载试验42-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第3章 柔性石墨金属缠绕垫片的密封性能研究44-56
• 3.1 引言44
• 3.2 影响密封性能的因素44-46
• 3.3 基于PVRC设计方法进行垫片最小预紧及操作应力的计算46-50
• 3.4 垫片密封性能试验50-55
• 3.4.1 试验装置50-51
• 3.4.2 试验垫片51-52
• 3.4.3 试验过程52
• 3.4.4 试验结果及分析52-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第4章 缠绕垫片螺栓法兰结构完整性分析56-68
• 4.1 引言56
• 4.2 螺栓法兰结构的有限元计算56-64
• 4.2.1 有限元数值方法和ANSYS有限元软件简介56-57
• 4.2.2 法兰接头连接件的结构与物性参数57-58
• 4.2.3 法兰接头有限元模型的建立58-59
• 4.2.4 边界条件59
• 4.2.5 载荷59-60
• 4.2.6 计算结果及分析60-64
• 4.3 SW6软件强度校核计算64-66
• 4.3.1 SW6简介65
• 4.3.2 计算结果及分析65-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第5章 结论与展望68-70
• 5.1 结论68-69
• 5.1.1 本文完成的主要工作68
• 5.1.2 工作得出的主要结论68-69
• 5.2 创新点69
• 5.3 展望69-70
• 附录A70-72
• 附录B72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78

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本文编号：630162