弹性垫圈力学行为及设计方法研究

发布时间：2020-06-14 12:46

【摘要】： 螺栓法兰连接是石油化工设备和管道中应用最为广泛的密封形式。现代工业和科学技术的迅速发展对连接系统的密封性能提出了越来越高的要求,提高高温连接的紧密性已成为当前过程工业中亟待解决的课题。在连接系统中引入弹性垫圈,补偿高温工况下垫片、螺栓及法兰的蠕变松弛,是提高连接紧密性的有效方法。本文以高温螺栓法兰连接系统紧密性分析方法为基础,系统研究弹性垫圈的设计、制造技术,建立了高温法兰连接用弹性垫圈的优化设计方法,为解决高参数、危险介质密封连接的泄漏问题提供借鉴。本文的主要研究工作如下: (1)对弹性垫圈的材料性能及其压缩回弹性能进行了试验研究,采用有限元方法对弹性垫圈轴向载荷下的力学性能进行了数值模拟,分析了其结构参数和工作温度对载荷变形特性的影响,试验与计算结果十分吻合,研究表明有限元分析可较好地用于研究弹性垫圈的力学行为。 (2)参照碟簧的载荷变形计算公式,通过对有限元计算数据的拟合,得到了表征弹性垫圈压缩、回弹性能的公式,其计算结果与试验数据较为吻合,为带有弹性垫圈的螺栓法兰连接系统的紧密性分析提供了依据。 (3)在考虑垫片和螺栓蠕变的基础上,将弹性垫圈、螺栓、法兰和垫片作为一个静不定系统,建立了高温下含弹性垫圈连接系统的变形协调方程,完善了紧密性分析方法。研究结果表明,弹性垫圈不仅能够有效补偿因螺栓、垫片蠕变所导致的系统松弛,也能够在一定程度上对法兰的偏转量和螺栓的拉伸量起到补偿作用,从而有效解决高温工况下垫片残余应力下降造成的介质泄漏问题。 (4)以弹性垫圈的最大回弹量为优化目标,建立了基于连接系统紧密性分析的弹性垫圈优化设计方法,编制了设计计算软件,可满足弹性垫圈的规范化和参数化设计要求。 (5)研究了弹性垫圈的制造技术,制定了弹性垫圈机械加工工序以及热处理工艺,并针对扬子石化芳烃厂EA-115A、EA-103A和EA-107A高温换热器设计了螺栓法兰连接用弹性垫圈,解决了该连接系统的长期泄漏问题。
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH136

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本文编号：2712801