高溫大口徑法蘭瞬態(tài)密封設計方法研究.pdf

1、法蘭密封研究是法蘭、管道連接的關鍵內容，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)密封研究是當前國際上密封技術的研究熱點，而國內研究尚屬空白。為此，本文系統(tǒng)開展高溫大口徑法蘭瞬態(tài)密封設計方法研究，建立起非金屬多孔介質墊片滲流模型，采用三維有限元方法對大口徑法蘭進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)密封設計方法。本文的主要研究進展如下： 1.考慮墊片尺寸以及壓緊應力與材料孔隙度之間的關系等因素，推導建立了非金屬均質多孔介質墊片滲流模型及其泄漏率表達式。以纏繞墊片泄漏率試驗為基礎，回歸得到金屬石墨纏繞墊片的泄漏率公式，可較為準確地預估墊片泄漏率并作為評判標準。 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模型并進行預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，并進行法蘭穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度場及其熱-結構耦合場的有限元計算，分析得到墊片應力與螺栓載荷、法蘭溫度之間的相對關系，螺栓載荷與溫度和預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-結構耦合場中應力與溫度、時間的關系等，這些規(guī)律對于法蘭的設計和螺栓應力在線檢測都具有一定的指導意義。 3.采用正交試驗設計法，構建L27（313）和L18（37）正交表對高溫大口徑法蘭進行參數(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緊應力等因素對纏繞墊片工作應力的影響，回歸得到纏繞墊片工作應力與法蘭工作溫度、法蘭壓力、纏繞墊片回彈模量和螺栓預緊載荷之間的關系式。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)之間的關系式，從而可利用纏繞墊片分級制造技術調節(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)密封設計方法并編程實現(xiàn)。該設計方法不改變法蘭結構，在法蘭設計階段預估設備溫度