螺栓法兰系统泄漏率模型的建立及失效分析

发布时间：2017-08-15 15:04

  本文关键词：螺栓法兰系统泄漏率模型的建立及失效分析

  更多相关文章： 螺栓法兰垫片 泄漏率 失效分析 Ansys

【摘要】：螺栓法兰垫片密封系统在现实生活中运用非常广泛,石油化工、压力容器、航空航天等中的管道连接,用的最多的就是螺栓法兰垫片密封系统。本文研究的主要内容是基于螺栓法兰垫片密封系统的泄漏率问题以及对其进行失效分析。 首先,介绍了螺栓法兰垫片密封系统的一些现状,分析了泄漏对人类自身安全、经济、环境造成的危害。防止密封系统失效,保证密封系统不泄漏已刻不容缓。 其次,通过试验,对影响泄漏的因素加以分析,主要从垫片压紧应力、垫片宽度、介质压力、介质黏度、温度等方面研究了单个因素对系统泄漏产生的影响；针对垫片的蠕变性能及其压缩回弹性能从时间与温度等方面也做了相应的工作。试验结果表明：垫片压紧应力与泄漏率成幂指数函数关系；垫片宽度与泄漏率成反比例函数关系；介质压力与泄漏率成线性关系；介质黏度与泄漏成反比例函数关系等。 再次,对垫片的密封失效进行了一定的研究,从紧密度角度划分了密封性能等级,并通过反应论理论,从能量角度分析了引起失效的原因。 最后,选取ASME B16.5标准中NPS4Class150法兰,通过Ansys三维有限元分析软件,建立基于螺栓法兰垫片密封系统的三维有限元模型,得出不同螺栓预紧力、相同介质压力下以及相同螺栓预紧力、不同介质压力下的螺栓、法兰、垫片应力云图。结果表明：垫片上的应力分布在不同的螺栓预紧力下分布趋势基本一致；增加螺栓预紧力和增大介质压力,都会使垫片相同位置的应力值变大。
【关键词】：螺栓法兰垫片 泄漏率 失效分析 Ansys
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 螺栓法兰垫片密封系统的研究现状11-13
• 1.3 泄漏率模型的研究现状13-15
• 1.4 本法兰连接系统失效的研究现状15-16
• 1.5 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 影响螺栓法兰垫片密封系统泄漏的因素18-38
• 2.1 密封系统泄漏的方式18
• 2.2 流体密封的分类18-19
• 2.3 螺栓法兰垫片密封系统研究对象分析19-21
• 2.3.1 实验方法简介19-20
• 2.3.2 测量原理说明20-21
• 2.4 影响X片泄漏各因素的分析21-36
• 2.4.1 垫片压紧应力对泄漏的影响21-22
• 2.4.2 垫片宽度对泄漏的影响22-24
• 2.4.3 介质压力对泄漏的影响24-25
• 2.4.4 温度变化对泄漏的影响25-27
• 2.4.5 介质黏度对泄漏的影响27-28
• 2.4.6 垫片的蠕变量随时间的变化28-31
• 2.4.7 垫片的压缩回弹性能试验研究31-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 螺栓法兰垫片密封系统泄漏率模型的建立38-50
• 3.1 流体流动的基本理论38
• 3.2 流体密封模型及其泄漏率的计算38-45
• 3.2.1 泄漏圆管模型38-40
• 3.2.2 泄漏平行平板模型40-41
• 3.2.3 泄漏平行圆板模型41-42
• 3.2.4 泄漏多孔介质模型42-45
• 3.3 基于螺栓法兰垫片密封系统泄漏率的计算45-49
• 3.3.1 垫片的基本性能45-46
• 3.3.2 垫片的压缩回弹性能46
• 3.3.3 垫片的蠕变性能46-47
• 3.3.4 垫片的密封性能47
• 3.3.5 密封系统泄漏率的公式修正47-49
• 3.4 基于时间的泄漏率模型的建立49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 垫片密封失效分析50-58
• 4.1 垫片密封概述50-52
• 4.1.1 垫片密封结构50
• 4.1.2 静密封机理50-52
• 4.2 垫片密封的有效性52-53
• 4.2.1 密封垫片的紧密度研究52
• 4.2.2 紧密度等级划分52-53
• 4.3 影响垫片密封失效的原因53-55
• 4.3.1 螺栓法兰垫片系统自身元件分析53-54
• 4.3.2 受外界因素影响分析54-55
• 4.4 预防密封失效的措施55
• 4.4.1 选择合理的垫片55
• 4.4.2 保证足够的法兰强度55
• 4.4.3 合适的螺栓预紧力55
• 4.5 垫片密封失效的反应论模型55-56
• 4.5.1 反应论模型的建立56
• 4.5.2 反应论模型的建立56
• 4.6 本章小结56-58
• 第五章 螺栓法兰垫片密封系统三维有限元分析58-76
• 5.1 有限元数值分析简介58
• 5.2 基于Ansys软件的有限元分析58-67
• 5.2.1 结构模型的建立58-60
• 5.2.2 结构非线性分析60-62
• 5.2.3 有限元模型范围的确定62
• 5.2.4 单元类型的确定62-65
• 5.2.5 材料属性的确定65
• 5.2.6 定义边界条件及其载荷65-66
• 5.2.7 有限元模型中螺栓载荷的确定66-67
• 5.2.8 有限元模型中内部载荷的确定67
• 5.3 基于Ansys的螺栓法兰垫片系统模型分析67-74
• 5.3.1 相同螺栓预紧力、不同介质压力下的结果分析67-71
• 5.3.2 相同介质压力、不同螺栓预紧力下的结果分析71-74
• 5.4 本章小结74-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙世锋,蔡仁良,于新奇,刘美红;承受外弯矩作用的法兰接头性能研究[J];化工设备与管道;2004年05期

2 王轶;殷昌创;;温度变化对法兰密封性能的影响[J];化工设备与管道;2012年01期

3 冯军军;刘麟;顾伯勤;;外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响[J];机械设计与制造;2011年05期

4 陆晓峰,顾伯勤;基于蠕变的高温法兰连接系统寿命预测方法[J];南京工业大学学报(自然科学版);2002年04期

5 杜培德，刘纪炎;螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析[J];青岛化工学院学报;1995年01期

6 沈轶;陆晓峰;;高温法兰连接系统的失效分析[J];润滑与密封;2006年04期

7 冯秀;顾伯勤;;金属垫片泄漏模型理论研究[J];润滑与密封;2006年08期

8 李群松;董卫国;;静密封性能测试装置的开发研制[J];润滑与密封;2011年06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 李咏今;硫化橡胶热氧老化时物理机械性能变质规律的研究[J];特种橡胶制品;1997年01期

，

本文编号：678785