高溫大口徑法蘭瞬態(tài)密封設(shè)計方法研究.pdf

1、法蘭密封研究是法蘭、管道連接的關(guān)鍵內(nèi)容，大口徑法蘭密封由于法蘭口徑的增加，溫度、壓力波動等因素影響更易產(chǎn)生泄漏，因此高溫大口徑法蘭瞬態(tài)密封研究是當(dāng)前國際上密封技術(shù)的研究熱點(diǎn)，而國內(nèi)研究尚屬空白。為此，本文系統(tǒng)開展高溫大口徑法蘭瞬態(tài)密封設(shè)計方法研究，建立起非金屬多孔介質(zhì)墊片滲流模型，采用三維有限元方法對大口徑法蘭進(jìn)行了多種工況下的數(shù)值模擬，以控制泄漏率為主，深入探討影響法蘭泄漏的主要原因，基于正交試驗采用有限元法研究法蘭參數(shù)對密封性能的影

2、響，提出了高溫大口徑法蘭基于緊密度的瞬態(tài)密封設(shè)計方法。本文的主要研究進(jìn)展如下： 1.考慮墊片尺寸以及壓緊應(yīng)力與材料孔隙度之間的關(guān)系等因素，推導(dǎo)建立了非金屬均質(zhì)多孔介質(zhì)墊片滲流模型及其泄漏率表達(dá)式。以纏繞墊片泄漏率試驗為基礎(chǔ)，回歸得到金屬石墨纏繞墊片的泄漏率公式，可較為準(zhǔn)確地預(yù)估墊片泄漏率并作為評判標(biāo)準(zhǔn)。 2.考慮螺母與法蘭、墊片與法蘭的非線性接觸以及墊片性能的非線性，建立常溫大口徑法蘭力學(xué)模型并進(jìn)行預(yù)緊工況的有限元分析計

3、算。研究建立高溫大口徑法蘭三維傳熱模型，并進(jìn)行法蘭穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度場及其熱-結(jié)構(gòu)耦合場的有限元計算，分析得到墊片應(yīng)力與螺栓載荷、法蘭溫度之間的相對關(guān)系，螺栓載荷與溫度和預(yù)緊載荷變化之間的規(guī)律，以及瞬態(tài)工況下的溫度場和熱-結(jié)構(gòu)耦合場中應(yīng)力與溫度、時間的關(guān)系等，這些規(guī)律對于法蘭的設(shè)計和螺栓應(yīng)力在線檢測都具有一定的指導(dǎo)意義。 3.采用正交試驗設(shè)計法，構(gòu)建L27（313）和L18（37）正交表對高溫大口徑法蘭進(jìn)行參數(shù)化有限元分析，考察法蘭

4、壓力、溫度、墊片回彈模量和螺栓預(yù)緊應(yīng)力等因素對纏繞墊片工作應(yīng)力的影響，回歸得到纏繞墊片工作應(yīng)力與法蘭工作溫度、法蘭壓力、纏繞墊片回彈模量和螺栓預(yù)緊載荷之間的關(guān)系式。同時利用纏繞墊片分級制造實驗數(shù)據(jù)回歸得到常溫下墊片回彈模量與分級制造參數(shù)之間的關(guān)系式，從而可利用纏繞墊片分級制造技術(shù)調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)滿足實際工況對纏繞墊片的性能需求。 4.提出基于緊密度的法蘭瞬態(tài)密封設(shè)計方法并編程實現(xiàn)。該設(shè)計方法不改變法蘭結(jié)構(gòu)，在法蘭設(shè)計階段預(yù)估設(shè)備溫度