新型天然气过滤器快开盲板橡胶密封圈仿真分析与性能试验

摘要

天然气快开盲板是天然气输送管线上安装在气体杂质过滤器等容器设备端部可以实现快速启闭的关键装置，其一般由高颈法兰、门盖、锁紧机构、密封结构、安全联锁机构、启闭机构等组成。随着我国天然气管网的大力建设，天然气快开盲板的需求越来越旺盛。目前我国输气管线上应用的快开盲板主要依赖进口，为此，国内某石油公司联合厂家和高校共同完成了新型高压、大直径（压力达12.6MPa，内径为Φ1550mm)天然气快开盲板装置的开发，其中对橡胶密封圈结构进行了较大改进。本论文就新型快开盲板结构中的关键技术鞍形密封圈的密封性能做了一系列仿真分析和相关性能试验。
　　论文介绍了新型天然气过滤器锁环式快开盲板密封圈的开发背景及过程，并借助于功能强大的非线性有限元软件，针对影响新型橡胶密封圈结构性能的各种因素进行了参数化分析，同时研究分析了国外主要同类产品的密封圈特性，结合相关的试验数据，进行了对比，得出新型鞍形橡胶密封圈具有良好的密封性能、方便的启闭功能，完全适合天然气快开盲板的密封要求。论文的主要工作归结如下:
　　1.围绕天然气快开盲板采用的密封圈形式，研究分析了国内外主要应用的快开盲板密封结构原理和特点，介绍了我们开发的新型鞍形密封圈快开盲板的结构原理，并对上述各种形式的结构进行了对比分析。
　　2.利用有限元分析软件ABAQUS对影响鞍形橡胶圈密封性能的参数进行分析，得出其合理的取值范围;同时完成了传统“C”形橡胶密封圈、KEMLCOK型“O”形密封结构密封性能的仿真分析及性能对比。
　　3.完成了高压大直径快开盲板采用新型鞍形密封圈结构的密封性能试验和开关门盖“防卡”性验证，显示新型密封圈具有良好的密封性能和门盖启闭时的“防卡”浮动性能。
　　4.阐述了橡胶材质密封圈的“电子老化”原理，结合相关的材料性能试验数据，完成了对鞍形密封圈使用寿命的预估分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 天然气快开盲板橡胶密封圈的应用现状

1．2．1 “C”形和“U”橡胶密封圈

1．2．2 “O”形橡胶密封圈

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 课题研究的主要内容

第二章 新型鞍形密封圈快开盲板结构

2．1 现有天然气快开盲板密封结构特点

2．1．1 英国GD快开盲板密封结构

2．1．2 德国KEMLOCK快开盲板密封结构

2．1．3 法国PT快开盲板密封结构

2．1．4 密封结构对比分析

2．2 新型鞍形密封结构

2．3 本章小结

第三章 鞍形密封圈的有限元分析

3．1 橡胶密封圈

3．1．1 橡胶密封圈有限元分析的难点

3．1．2 橡胶密封圈有限元分析的说明

3．2 新型鞍形密封圈的有限元分析

3．2．1 有限元建模及计算

3．2．2 有限元分析结果

3．3 鞍形密封圈的参数分析

3．3．1 金属骨架对比分析

3．3．2 金属骨架直径D的影响

3．3．3 内压影响

3．3．4 橡胶材料硬度影响

3．3．5 槽口倒角半径R的影响

3．3．6 翘脚高度和压缩量的影响

3．3．7 空腔高度K的影响

3．4 本章小结

第四章 鞍形密封圈密封性能对比分析

4．1 “C”形密封圈的有限元参数分析

4．1．1 有限元建模

4．1．2 金属骨架直径D的影响

4．1．3 工作内压的影响

4．1．4 橡胶材料硬度的影响

4．1．5 槽口倒角半径R的影响

4．1．6 密封唇及其压缩量分析

4．2 鞍形和“C”形密封圈对比分析

4．2．1 接触压力分布

4．2．2 Mises应力分布

4．2．3 剪切应力分布

4．2．4 挤出变形

4．2．5 大间隙情况对比

4．3 鞍形密封圈和KEMLOCK结构浮动性能对比

4．3．1 密封性能

4．3．2 开门推力

4．4 本章小结

第五章 鞍形密封圈密封性能试验

5．1 鞍形密封圈密封性能试验

5．1．1 试验装置及形式

5．1．2 试验结果及分析

5．2 橡胶材料试验

5．2．1 试验准备

5．2．2 试验结果与拟合

5．3 橡胶老化试验

5．3．1 传统老化试验

5．3．2 “电子老化”试验

5．3．3 加速试验及寿命预估

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本论文的主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介