高溫大口徑法蘭密封設計方法研究.pdf

1、本文對大口徑法蘭密封問題進行了理論分析、有限元計算和試驗研究，探討了法蘭剛度的計算方法，研究了法蘭剛度對密封特性的影響，對以緊密度為設計準則的密封設計方法進行了修正。在法蘭結(jié)構(gòu)簡化及變形假設的基礎上，將螺栓法蘭系統(tǒng)作為一個整體，對其進行詳細的載荷—變形分析，得出力矩平衡方程和系統(tǒng)變形協(xié)調(diào)方程；運用有限元方法對密封系統(tǒng)的受力和變形進行了計算，得出不同工況下密封元件的受力特性，對法蘭口徑與墊片殘余應力分布的關系進行了討論；應用彈性分析方法，

2、提出甲型法蘭、乙型法蘭和長頸對焊法蘭的剛度計算方法，探討了公稱壓力、公稱直徑、溫度等參數(shù)對法蘭剛度的影響，并利用最小二乘估計方法對上述影響因素進行多元擬合；運用ROTT實驗的方法對法蘭的密封特性進行了研究，并與密封理論進行了對比驗證；對緊密性密封設計方法進行了闡述，考慮法蘭剛度對密封影響對該設計方法進行了修正。 研究結(jié)果表明：螺栓載荷和內(nèi)壓聯(lián)合作用下的法蘭產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)和翹曲變形，使得墊片表面的應力分布不均。徑向應力呈現(xiàn)明顯內(nèi)松外緊的

3、狀況，并且隨著法蘭口徑的增大，不均勻性愈加明顯，環(huán)向應力分布相對均勻。表明現(xiàn)行標準中法蘭存在剛度不足的問題，而螺栓的數(shù)目足夠保證墊片環(huán)向應力分布的均勻性。在三種類型的設備法蘭中，甲型法蘭剛性較差，僅能應用于壓力等級較低的公共場所；乙型法蘭簡體免受法蘭變形產(chǎn)生的附加彎矩且剛度較高，適應較大尺寸場合；長徑對焊法蘭剛度最大，可承受更高壓力。法蘭剛度與公稱壓力、公稱直徑和溫度等參量的關系，擬合為C=f1(PN，DN)f2(T)的形式的函數(shù)。應用

4、ROTT實驗方法對實驗墊片進行密封性能研究,得出墊片新系數(shù)Gb=2.92MPa，α=0.362、Gs=0.143MPa。對基于緊密性的設計方法引入法蘭剛度的概念，考慮法蘭偏轉(zhuǎn)的前提下對該方法提出修正，修正系數(shù)Ф=(C/[C])1.92,設計常數(shù)Tc'=ФTc。利用修正的密封設計方法某反應器的密封進行了設計，并對不同緊密度等級要求下墊片應力和螺栓載荷進行了計算。對設備法蘭的選用依據(jù)引入緊密性概念，增加緊密度等級作為法蘭選用的標準之一。對墊