法兰连接的金属透镜垫半自紧密封研究

摘要

金属透镜垫属于半径向自紧密封式金属垫片，透镜垫的自紧能力直接决定着透镜垫与螺栓法兰的密封性能。本文采用Hertz接触理论推导出了透镜垫接触宽度及接触环中心最大接触压强与螺栓载荷关系公式。基于透镜垫与法兰接触时的最大接触压强与预紧载荷的计算公式，定义了透镜垫的自紧系数。将透镜垫、螺栓、法兰作为一个整体，并引入透镜垫与螺栓法兰刚度，分析透镜垫与螺栓法兰连接系统变形与受力关系，推导出了金属透镜垫自紧系数公式，且分析了透镜垫连接系统的各参数对自紧系数的影响。运用弹性力学理论给出了透镜垫刚度理论计算公式。分析了透镜垫表面车削成型的微观形貌，基于此微观形貌计算了透镜垫密封时的微观泄漏量。采用热力学仿真分析方法，探索温度对透镜垫连接系统的影响。设计了透镜垫密封试验装置，以此来验证理论结果。
　　自紧系数分析结果表明金属透镜垫的自紧能力与金属透镜垫及螺栓法兰刚度有重要的相关性，在工程应用中必须保证螺栓法兰刚度与金属透镜垫刚度的比值大于某一定值，才能使透镜垫具备完全自紧密封能力。热力学分析结果表明介质温度升高使得透镜垫与法兰连接更加紧密。透镜垫密封试验验证了透镜垫接触宽度公式及透镜垫密封时的最小螺栓载荷公式，也验证了当透镜垫最大接触压强达到透镜垫材料的屈服极限时液体能够被密封住。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2课题的来源、目的、意义

1.3法兰用密封垫片种类

1.4金属透镜垫研究进展

1.5论文主要研究内容

第2章 透镜垫接触力学分析

2.1引言

2.2透镜垫连接几何模型

2.3二维弹性接触

2.4透镜垫的二维接触受力分析

2.5透镜垫接触宽度

2.6最大接触压强公式验证

2.7本章小结

第3章 透镜垫自紧原理的力学分析

3.1引言

3.2透镜垫预紧状态力学分析

3.3透镜垫自紧系数模型

3.4透镜垫工作状态力学分析

3.5透镜垫自紧系数求解

3.6透镜垫自紧能力分析

3.7透镜垫密封时的螺栓载荷计算

3.8本章小结

第4章 透镜垫与螺栓法兰的刚度计算及结构改进

4.1引言

4.2透镜垫径向刚度计算

4.3透镜垫轴向刚度计算

4.4透镜垫刚度理论公式验证

4.5螺栓法兰刚度

4.6透镜垫连接系统的结构改进初探

4.7本章小结

第5章 透镜垫泄漏模型及透镜垫连接系统的热力学分析

5.1引言

5.2车削成型金属垫片微观形貌及泄漏研究现状

5.3车削成型金属透镜垫微观接触

5.4透镜垫泄漏计算

5.5透镜垫有效密封时的螺栓载荷

5.6透镜垫连接系统热力学分析

5.7本章小结

第6章 透镜垫密封试验及自紧系数仿真验证

6.1引言

6.2透镜垫密封性能试验

6.3透镜垫自紧性能仿真验证

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢