高温金属齿形垫片法兰的强度与密封性能有限元分析
发布时间：2020-12-06 00:58
螺栓法兰连接系统广泛应用于石油化工设备,起密封连接作用,是管道系统完整性与密封性的薄弱环节。目前国内外主要对带金属石墨缠绕垫片的法兰系统进行研究分析,而对金属齿形垫片法兰的研究较少,因此金属齿形垫片法兰的合理设计对石化各类装置的安全运行具有重要意义。本文以焦化联合装置富气压缩机处的螺栓法兰连接系统作为研究对象,对断裂的金属齿形垫片进行失效分析:由于垫片加工过程中存在应力集中现象,安装过程中螺栓预紧力施加不均匀,在服役过程中由装配应力与高温热应力的叠加,最终导致垫片脆性疲劳断裂。进一步对带金属齿形垫片的法兰进行有限元分析,运用ANSYS非线性有限元方法,采用三维等参元离散螺栓法兰接头,考虑接触非线性,建立金属齿形垫片法兰的三维有限元模型。首先,对螺栓法兰进行温度场分析,得到法兰的稳态温度场分布,法兰温度从内壁面到外壁面呈现逐渐降低的规律。其次,由操作内压和温度得到保证垫片全部达到初始密封条件时的最小预紧力。受到预紧载荷的影响,法兰产生一定的偏转,导致垫片应力分布不均匀,法兰偏转角小于ASME规定的偏转角,法兰强度与密封性能满足要求;法兰系统在承压工况下的变形和应力分布规律与预紧工况下基本...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１螺栓法兰连接??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅｄ?ｊｏｉｎｔ??１．２螺栓法兰接头简介??
??％??图１．１螺栓法兰连接??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅｄ?ｊｏｉｎｔ??１．２螺栓法兰接头简介??螺栓法兰连接是石化设备中最常见的连接形式，通过螺栓法兰连接不仅易于拆卸，??同时也易于安装制造。一般而言，螺栓法兰连接是由法兰、螺栓螺母和垫片组成，通过??拧紧螺母把法兰和垫片连接在一起，压紧垫片使法兰结构达到密封作用［６］。对螺栓法兰??的分析主要是完整性和密封性分析两个方面，但是在实际螺栓法兰失效事故中，大多数??法兰能够满足完整性要求，失效的原因往往是法兰连接未达到密封性要求，发生了泄漏。??１—＾母，２—揉栓，３—垫片，４－法兰》??图１．２鳔栓法兰连接结构形式??Ｆｉｇ．?１．２?Ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ??
?界面泄ｓ??＾?Ｔ！??图１．３垫片泄漏形式??Ｆｉｇ．?１．３?Ｇａｓｋｅｔ?ｌｅａｋａｇｅ?ｆｏｒｍ??１．２．４螺栓法兰接头评估指标??工程上有许多指标用来评估螺栓法兰接头的性能，其中主要指标包括螺栓载荷、法??兰泄漏率、垫片应力、法兰偏转角等等。??在螺栓法兰连接系统发生的安全事故中，大部分的原因是由于螺栓预紧载荷选择不??恰当或者安装时螺栓预紧载荷施加不均匀导致的。工程上通常用螺栓应力表示螺栓的载??荷，螺栓应力等于螺栓拉伸力与承载面积之比，承载面积是螺纹的根径截面积或者拉伸??应力的截面积。在安装法兰的过程中，拧紧螺栓施加螺栓力矩，施加的螺栓力矩代表了??螺栓载荷的大小。在非标法兰设计中，依据设计规范中给出的垫片系数ｍ和预紧比压ｙ??计算得到的螺栓载荷来确定需要的总螺栓截面积的螺栓载荷，并取两者计算结果的较大??值［９＿１３：｜。该螺栓载荷仅仅是用于确定需要的总螺栓面积，用于校核法兰接头的尺寸，但??是严格地说
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺栓-垫片-法兰连接设计方法及标准的发展和应用[J]. 姜全武,谢苏江,孙朕. 石油化工设备. 2013(01)
[2]螺栓法兰接头安全密封技术(一)——安装螺栓载荷[J]. 蔡仁良,蔡暖姝,尤子涵,章兰珠,范淑玲,应道宴. 化工设备与管道. 2012(03)
[3]奥氏体不锈钢应变强化工艺及性能研究[J]. 韩豫,陈学东,刘全坤,张起侨,陈从升. 机械工程学报. 2012(02)
[4]超(超)临界汽轮机汽缸紧固螺栓高温蠕变断裂研究[J]. 徐鸿,郑善合,MAILE Karl. 中国电机工程学报. 2007(29)
[5]带能谱分析的扫描电子显微镜在材料分析中的应用[J]. 王英姿,侯宪钦. 制造技术与机床. 2007(09)
[6]螺栓联接法兰瞬态温度场分析[J]. 周先军,仇性启,张兵,陈国明. 压力容器. 2007(07)
[7]螺栓法兰接头瞬态温度三维有限元分析[J]. 周先军,仇性启,张兵,陈国明. 润滑与密封. 2007(06)
[8]利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究[J]. 李会勋,胡迎春,张建中. 山东科技大学学报(自然科学版). 2006(01)
[9]在稳态温度场中法兰接头的三维有限元分析[J]. 王俊和,蔡仁良,钟伟明. 压力容器. 2005(10)
[10]冷弯残余应力场分析[J]. 赵峰,郭耀杰. 工业建筑. 2004(06)
本文编号：2900413
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１螺栓法兰连接??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅｄ?ｊｏｉｎｔ??１．２螺栓法兰接头简介??
??％??图１．１螺栓法兰连接??Ｆｉｇ．?１．１?Ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅｄ?ｊｏｉｎｔ??１．２螺栓法兰接头简介??螺栓法兰连接是石化设备中最常见的连接形式，通过螺栓法兰连接不仅易于拆卸，??同时也易于安装制造。一般而言，螺栓法兰连接是由法兰、螺栓螺母和垫片组成，通过??拧紧螺母把法兰和垫片连接在一起，压紧垫片使法兰结构达到密封作用［６］。对螺栓法兰??的分析主要是完整性和密封性分析两个方面，但是在实际螺栓法兰失效事故中，大多数??法兰能够满足完整性要求，失效的原因往往是法兰连接未达到密封性要求，发生了泄漏。??１—＾母，２—揉栓，３—垫片，４－法兰》??图１．２鳔栓法兰连接结构形式??Ｆｉｇ．?１．２?Ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ??
?界面泄ｓ??＾?Ｔ！??图１．３垫片泄漏形式??Ｆｉｇ．?１．３?Ｇａｓｋｅｔ?ｌｅａｋａｇｅ?ｆｏｒｍ??１．２．４螺栓法兰接头评估指标??工程上有许多指标用来评估螺栓法兰接头的性能，其中主要指标包括螺栓载荷、法??兰泄漏率、垫片应力、法兰偏转角等等。??在螺栓法兰连接系统发生的安全事故中，大部分的原因是由于螺栓预紧载荷选择不??恰当或者安装时螺栓预紧载荷施加不均匀导致的。工程上通常用螺栓应力表示螺栓的载??荷，螺栓应力等于螺栓拉伸力与承载面积之比，承载面积是螺纹的根径截面积或者拉伸??应力的截面积。在安装法兰的过程中，拧紧螺栓施加螺栓力矩，施加的螺栓力矩代表了??螺栓载荷的大小。在非标法兰设计中，依据设计规范中给出的垫片系数ｍ和预紧比压ｙ??计算得到的螺栓载荷来确定需要的总螺栓截面积的螺栓载荷，并取两者计算结果的较大??值［９＿１３：｜。该螺栓载荷仅仅是用于确定需要的总螺栓面积，用于校核法兰接头的尺寸，但??是严格地说
【参考文献】：
期刊论文
[1]螺栓-垫片-法兰连接设计方法及标准的发展和应用[J]. 姜全武,谢苏江,孙朕. 石油化工设备. 2013(01)
[2]螺栓法兰接头安全密封技术(一)——安装螺栓载荷[J]. 蔡仁良,蔡暖姝,尤子涵,章兰珠,范淑玲,应道宴. 化工设备与管道. 2012(03)
[3]奥氏体不锈钢应变强化工艺及性能研究[J]. 韩豫,陈学东,刘全坤,张起侨,陈从升. 机械工程学报. 2012(02)
[4]超(超)临界汽轮机汽缸紧固螺栓高温蠕变断裂研究[J]. 徐鸿,郑善合,MAILE Karl. 中国电机工程学报. 2007(29)
[5]带能谱分析的扫描电子显微镜在材料分析中的应用[J]. 王英姿,侯宪钦. 制造技术与机床. 2007(09)
[6]螺栓联接法兰瞬态温度场分析[J]. 周先军,仇性启,张兵,陈国明. 压力容器. 2007(07)
[7]螺栓法兰接头瞬态温度三维有限元分析[J]. 周先军,仇性启,张兵,陈国明. 润滑与密封. 2007(06)
[8]利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究[J]. 李会勋,胡迎春,张建中. 山东科技大学学报(自然科学版). 2006(01)
[9]在稳态温度场中法兰接头的三维有限元分析[J]. 王俊和,蔡仁良,钟伟明. 压力容器. 2005(10)
[10]冷弯残余应力场分析[J]. 赵峰,郭耀杰. 工业建筑. 2004(06)
本文编号：2900413
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2900413.html
最近更新
教材专著
