螺栓法兰密封系统的动态特性研究

发布时间：2017-05-08 09:06

  本文关键词：螺栓法兰密封系统的动态特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在石油化工生产中,螺栓法兰接头密封性能的优劣,直接关系到机械结构的长周期运转。随着生产周期越来越长、工艺条件越来越苛刻,垫片密封失效导致的泄漏问题也越来越明显,有必要对螺栓法兰接头的紧密性进行监控和测试。 螺栓法兰连接结构是过程装备与管道中最主要的连接形式,该连接结构在操作工况下受介质压力、附加载荷及振动环境等影响,结构的动态特性会发生变化,而泄漏是结构失效的主要原因。法兰接头在操作工况下,由于法兰、螺栓和垫片的应力松弛,导致螺栓力减小,从而垫片应力下降,密封性能变差。因此,螺栓法兰接头的结构特性和密封性能之间联系紧密,分析法兰接头的密封性及结构动态特性之间的关系具有重要意义。 本文以带接管的螺栓、垫片和法兰的管路系统,特别是金属与金属接触型螺栓法兰接头(MMC)为研究对象,从垫片密封原理出发,以保证螺栓法兰接头的结构完整性和密封性为准则,对其进行了试验研究和有限元分析,以实现MMC型螺栓法兰接头的可靠密封,确定了连接系统的密封性和结构振动特性之间的定性和定量关系,为螺栓法兰接头密封性的在线检测提供了可行性。 本文分别利用ANSYS有限元分析软件和振动分析仪分别进行了螺栓法兰接头的有限元(FEA)模态分析和随机振动分析以及试验模态分析(EMA),通过动力学特性参数的变化反映由于螺栓松动引起的螺栓法兰系统结构的变化,从而寻求可以预测其密封性能变化的特性参数。 结果表明,在MMC型螺栓法兰接头中,随着螺栓力的减小,一阶谱矩因子呈现先增大再减小的特性,其中的转折点对应了法兰接头达到金属与金属接触时对应的螺栓力,而在MMC型法兰接头中,金属与金属接触是保证接头密封性的充分条件。因此,一阶谱矩因子可作为螺栓法兰接头,特别是MMC型接头密封性能检测的测试和控制对象。
【关键词】：法兰接头 垫片泄漏 MMC 振动分析 一阶谱矩因子
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE96;TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 课题主要研究内容和研究意义12-13
• 1.4 课题应用前景13-14
• 第2章 法兰接头密封原理和MMC型法兰接头14-19
• 2.1 螺栓法兰接头基本型式14
• 2.2 螺栓法兰接头密封过程14-15
• 2.3 金属与金属接触式法兰密封原理15-16
• 2.3.1 MMC垫片15-16
• 2.3.2 金属与金属接触式法兰密封原理16
• 2.4 垫片的泄漏形式及影响因素16-19
• 2.4.1 垫片的泄漏形式16-17
• 2.4.2 影响垫片泄漏的因素17-19
• 第3章 螺栓法兰接头的模型建立和验证19-47
• 3.1 螺栓法兰密封系统模型简介20-21
• 3.2 螺栓法兰密封结构的有限元模型21-27
• 3.2.1 有限元模型的基本单元确定22-25
• 3.2.2 螺栓法兰密封结构实体模型的建立25-26
• 3.2.3 有限元网格划分26
• 3.2.4 螺栓法兰密封结构的有限元模型26-27
• 3.3 螺栓法兰密封结构的有限元模态理论分析27-33
• 3.3.1 模态分析理论基础27-30
• 3.3.2 模态分析的应用30-31
• 3.3.3 模态提取方法31
• 3.3.4 螺栓法兰密封结构的自由模态计算31-33
• 3.4 螺栓法兰密封结构在自由状态下的试验模态分析33-45
• 3.4.1 试验简介33
• 3.4.2 试验系统简介33-35
• 3.4.3 试验模态分析简介35-38
• 3.4.4 试验模态测试过程38-39
• 3.4.5 分析试验数据和模态提取39-43
• 3.4.6 有限元计算结果与试验结果对比43-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 螺栓力对法兰接头模态参数的影响47-55
• 4.1 概述47
• 4.2 垫片类型对法兰接头模态参数的影响47-53
• 4.2.1 有限元计算结果48-52
• 4.2.2 结果分析52-53
• 4.3 螺栓力对法兰接头模态参数的影响53-54
• 4.3.1 有限元模态和试验模态分析53
• 4.3.2 结果分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 螺栓法兰密封系统的非线性动力学响应分析55-71
• 5.1 随机振动分析55-57
• 5.1.1 随机振动分析定义与应用55-57
• 5.1.2 随机振动分析求解步骤57
• 5.2 螺栓法兰接头的随机振动仿真分析57-69
• 5.2.1 螺栓法兰接头模型的建立57-64
• 5.2.2 螺栓法兰接头的随机振动分析64-69
• 5.3 结果分析69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71
• 6.2 后续工作展望71-73
• 参考文献73-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘容;顾伯勤;陈晔;;附加载荷作用下螺栓法兰连接的强度和紧密性分析[J];化工机械;2007年05期

2 赵春梅;;垫片密封失效分析及垫片的选用[J];炼油与化工;2009年03期

3 龙凯,程颖;齿轮啮合力仿真计算的参数选取研究[J];计算机仿真;2002年06期

4 张红兵,杜建红;有限元模型中螺栓载荷施加方法的研究[J];机械设计与制造;1999年06期

5 李瑞明;郭连水;王巧霞;范素梅;程军梅;那佳;;复杂装配体有限元网格生成方法的研究[J];机械工程师;2007年04期

6 许荣昌;孙会朝;;有限元仿真技术的发展及其应用[J];莱钢科技;2008年02期

7 张永杰;孙秦;;带预紧力受剪螺栓连接刚度分析[J];强度与环境;2007年04期

8 李会勋;胡迎春;张建中;;利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究[J];山东科技大学学报(自然科学版);2006年01期

9 邢桂萍;罗广辉;郑新兵;;法兰密封泄漏的原因分析[J];石油化工设备技术;2008年02期

10 黎力军;影响法兰密封的因素及垫片的选用[J];石油化工设备技术;1997年06期

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本文编号：350836