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密封百科/Cyclopedia

 

螺栓法兰密封结构优化预紧施工方案
   
适量且均匀的螺栓预紧载荷对螺栓法兰系统密封性能有至关重要的影响。本文通过实验和数值模拟方法,研究弹性交互作用在法兰螺栓预紧施工过程中的作用机理和规律,在此基础上开发螺栓法兰密封结构优化预紧施工方案设计方法,为实际工程中的密封系统施工与操作提供一定的参考和依据。
主要工作和结论如下: 
1)建立了螺栓法兰密封结构综合性能测试装置,能够在线测量预紧施工过程中螺栓载荷的变化情况,并获得相应的泄漏率数值。为研究弹性交互作用在预紧施工中的作用规律提供可行的方法。 
2)针对交叉、顺次两种加载方案,实验研究了弹性交互作用的作用规律,根据作用机理将其分为正作用与负作用。考察了垫片刚度、加载增量、加载顺序对以上两种作用的影响。研究发现,顺次加载中的正作用效果强于交叉加载,而负作用效果在两种加载顺序下相同;随着加载增量的减小和垫片刚度的增加,正、负作用效果均会减弱。
3)建立螺栓法兰密封结构预紧施工过程有限元模型,并对比实验结果验证了模型的合理性。研究发现: 螺栓加载对法兰整体变形的影响很小,负作用只影响至相邻螺栓。随着法兰公称直径、螺栓数目的增加,正作用效果不变,而负作用效果增强。预紧后螺栓载荷分布状态由负作用次数分布决定,螺栓受负作用次数越多载荷越小。 在垫片应力方面,相同条件下,聚四氟乙烯复合垫相比石墨填充金属缠绕垫,其垫片应力更加均匀,但应力水平较低。还发现垫片应力分布主要是由螺栓载荷的分布状态决定。因此,在交叉、顺次加载方案下,都会产生垫片应力低值点。 
4)基于实验和数值模拟结果提出以载荷增量定义的弹性交互作用系数。并发现负作用系数在预紧施工过程中为一确定常数。据此开发了以弹性交互作用系数法为基础的螺栓加载载荷修正式计算方法。通过对螺栓施加修正后的载荷抵消负作用。并采用交叉-顺次混合加载方案弱化正作用。同时提出了多轮预紧施工过程中,各轮螺栓加载目标载荷的确定判据。至此,建立了完整的螺栓法兰密封结构优化预紧施工方案设计方法。
5)采用实验和数值模拟方法对优化预紧施工方案进行效果评估,对比发现,优化方案中各轮螺栓平均载荷均高于目标载荷,并能够保持较低的螺栓载荷离散度,因此会产生更加均匀且足值的垫片应力分布。同时,对于不同公称直径、螺栓数目的法兰,该优化方案均可获得均匀且足值的螺栓载荷与垫片应力。





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