高温条件下螺栓法兰连接系统的紧密性分析研究

摘要

本文通过对高温条件下螺栓法兰连接系统的试验研究，对柔性石墨复合垫片的压缩回弹特性、应力松驰特性和基本密封特性进行了研究，试验证明垫片的压缩线和回弹线均非直线且不重合，即非线性和非保守性，仞始压缩时产生较大的变形，垫片的弹性和塑性变形量均随垫片压紧应力S1，的增大而增大。高温下的回弹率比常温下的小，这是由于升温过程中，法兰和螺栓都要伸长，垫片变形量在此过程中产生一部分回弹，此时垫片的蠕变使挚片产生部分塑性变形。试验发现，在一定时间范围内，应力松驰率与时间成单对数关系。分析了预紧应力、介质压力、温度对法兰转角的影响，推导出高温条件下螺栓法兰连接的变形协调方程，并以此为基础进行了系统的紧密性分析，探讨了工程应用中泄漏率的预测和控制问题。试验证明垫片的泄漏率与垫片残余应力、介质压力成线性关系，即泄漏率随介质压力的升高而增大，随垫片上残余应力的增大而减小，在系统承受同样的介质压力等级下，泄漏量随温度的升高而增大。介质压力和温度引起的挚片应力的减小和系统的变形是影响密封的主要因素。

目录

文摘

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引 言

1 文献综述

1.1 螺栓法兰连接系统的发展沿革

1.2 螺栓法兰垫片连接系统的紧密性分析

1.3 选题原则

2 垫片密封的基本原理

2.1 密封的基本原理

2.2 密封的分类

2.3 密封材料的要求

2.4 柔性石墨垫片

2.5 垫片的特性参数

2.5.1 最小有效压紧力y

2.5.2 垫片系数m

3 试验装置

3.1 密封垫片综合性能试验机

3.2 螺栓法兰连接的综合性能试验-真实法兰试验装置

3.3 应力松弛试验装置

4 垫片的基本性能及实验数据处理

4.1 垫片的压缩回弹特性

4.1.1 常温下垫片的压缩回弹特性

4.1.2 高温下垫片的压缩回弹特性

4.1.3 数据分析

4.2 垫片的应力松驰特性

4.2.1 试验结果

4.2.2 结果分析

4.3 垫片的密封性能

4.3.1 常温下垫片的密封试验结果

4.3.2 高温下垫片的密封试验结果

4.3.3 数据分析

5 法兰转角的计算

5.1 法兰转角的理论计算公式

5.2 法兰转角的有限元法计算

5.3 实验和计算数据分析

5.3.1 在螺栓预紧载荷下法兰转角的计算

5.3.2 一定温度下法兰转角计算

5.3.3 一定温度、不同介质压力下法兰转角的计算

6 高温下螺栓法兰垫片连接的紧密性分析

6.1 变形协调分析

6.1.1 模型的假设和基本方程

6.1.2 变形量计算

6.2 紧密性分析

6.2.1 泄漏率的预测

6.2.2 泄漏率的控制

结 论

参考文献

附录A 符号说明

致 谢