法蘭螺栓墊片系統(tǒng)高溫密封性能研究.pdf

1、溫度和壓力對(duì)法蘭連接系統(tǒng)密封性能影響很大，尤其是在高溫、變溫以及溫度、壓力波動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)高溫工況下法蘭連接系統(tǒng)極易泄漏，然而國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的研究相對(duì)較少，因此針對(duì)高溫工況法蘭密封性能變化的研究具有重要工程應(yīng)用價(jià)值。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對(duì)獲得均勻螺栓載荷的預(yù)緊方法、高溫法蘭泄漏的原因以及墊片性能對(duì)法蘭密封性能的影響進(jìn)行了研究，提出了高溫高壓工況下改善法蘭系統(tǒng)密封性能的方案。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1

2、)建立了DN200法蘭高溫密封性能測(cè)試裝置，并結(jié)合已有的DN100法蘭常溫測(cè)試裝置進(jìn)行了兩種法蘭規(guī)格下常溫螺栓加載方式研究，對(duì)比了目前較為權(quán)威的兩種常溫螺栓加載方法ASME PCC-1(LEGACY)方法和JIS B2251方法的加載性能。結(jié)果表明，兩種方法均能獲得均勻的螺栓載荷，但是，當(dāng)螺栓個(gè)數(shù)較多時(shí)，JIS B2251方法比ASMEPCC-1(LEGACY)更加高效，且不易出錯(cuò);研究發(fā)現(xiàn)，采用載荷漸增的全順次加載方法能夠有效降低螺栓

3、載荷離散程度，獲得均勻螺栓力。
　　(2)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用柔性石墨纏繞墊片的DN200法蘭接頭常溫預(yù)緊后向內(nèi)壁施加壓力時(shí)螺栓力降低，且降低的程度隨壓力（1.5MPa以下）增加而增大，泄壓后螺栓力又幾乎回到原來(lái)的水平。分析原因主要是由內(nèi)壓升高導(dǎo)致的法蘭偏轉(zhuǎn)、螺栓彎曲加劇造成的。
　　(3)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用柔性石墨纏繞墊片的DN200法蘭接頭預(yù)緊后常壓升溫時(shí)螺栓載荷逐漸下降;先升壓后升溫時(shí)，內(nèi)部介質(zhì)壓力隨溫度升高而增大，并成

4、線性關(guān)系，螺栓載荷先降低后增大。
　　(4)建立了法蘭高溫密封性能有限元模擬模型，將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)兩者吻合較好。采用數(shù)值模擬的方法研究了法蘭升溫速度對(duì)墊片應(yīng)力變化的影響，指出在一定誤差范圍內(nèi)用穩(wěn)態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析代替瞬態(tài)熱-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析的條件為法蘭內(nèi)壁的升溫速度約低于6.8 K/min。
　　(5)采用數(shù)值模擬的方法分析了法蘭高溫泄漏的原因并提出了系統(tǒng)密封性能改善方案，指出墊片寬度是影響升溫后墊片應(yīng)力變化

5、以及法蘭是否熱緊的重要因素。
　　(6)采用數(shù)值模擬的方法對(duì)采用金屬、半金屬和非金屬墊片的法蘭連接系統(tǒng)的密封性能進(jìn)行了分析，重點(diǎn)討論了墊片的壓縮回彈性能和熱膨脹系數(shù)對(duì)高溫密封性能的影響。結(jié)果表明，高溫工況下，金屬墊片一般不需要熱緊;半金屬墊片多數(shù)情況下需要熱緊，但需要具體分析工況條件;非金屬墊片中石棉橡膠墊片升溫時(shí)墊片應(yīng)力降低較大，不適合應(yīng)用于高溫工況，非石棉纖維墊片升溫后彈性模量變大，高溫密封性能優(yōu)于石棉橡膠墊片，溫度較低時(shí)不需