柔性石墨金屬纏繞墊片壓縮回彈性能影響因素研究.pdf

1、柔性石墨金屬纏繞墊片是一種應(yīng)用十分廣泛的靜密封元件，它由具有一定截面形狀的成型金屬帶和非金屬帶交替纏繞而成，并與法蘭、螺栓一起，共同組成工業(yè)中常用的可拆式靜密封連接結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于石油化工、電力等部門的設(shè)備和管道連接密封。
　　自20世紀(jì)60年代以來(lái)，柔性石墨金屬纏繞墊片隨著我國(guó)大規(guī)模引進(jìn)煉油設(shè)備而進(jìn)入我國(guó)以來(lái)，目前已形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力，基本滿足了我國(guó)相關(guān)行業(yè)的需要。但從目前國(guó)內(nèi)實(shí)際調(diào)研情況來(lái)看，國(guó)產(chǎn)柔性石墨金屬纏繞墊

2、片的整體性能不高，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，主要表現(xiàn)在壓縮回彈等性能不滿足要求，這嚴(yán)重影響著工廠設(shè)備運(yùn)行的安全性和連續(xù)性，造成這種現(xiàn)象的原因有許多，如生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝落后、缺乏有效的理論指導(dǎo)、參考標(biāo)準(zhǔn)紛繁混雜等，基于此現(xiàn)狀對(duì)柔性石墨金屬纏繞墊片進(jìn)行相關(guān)研究具有重要的工程意義。
　　柔性石墨金屬纏繞墊片的力學(xué)性能是法蘭—螺栓—墊片連接結(jié)構(gòu)密封性的重要保證，而壓縮回彈性能是墊片重要的力學(xué)性能之一。墊片初始密封條件的形成主要取決于壓縮性能，操

3、作狀態(tài)下的密封性能則主要決定于墊片的回彈能力。
　　隨著石油化工行業(yè)朝著設(shè)備大型化和工況參數(shù)苛刻化的方向發(fā)展，柔性石墨金屬纏繞墊片本身的性能問題或?qū)⒊蔀橄拗剖袠I(yè)發(fā)展的因素之一，所以對(duì)柔性石墨金屬纏繞墊片進(jìn)行技術(shù)革新和產(chǎn)品升級(jí)就顯得尤為重要。由于柔性石墨金屬纏繞墊片的壓縮回彈性能很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝等因素，所以開展柔性石墨金屬纏繞墊片壓縮回彈性能影響因素的研究，對(duì)于優(yōu)化和規(guī)范生產(chǎn)工藝，提升墊片整體質(zhì)量和穩(wěn)定性，保

4、證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行都有重要的實(shí)際意義。
　　本課題通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)三者相結(jié)合方法對(duì)柔性石墨金屬纏繞墊片的壓縮回彈性能進(jìn)行了研究。
　　首先，在理論上建立了柔性石墨金屬纏繞墊片的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，通過對(duì)墊片受軸向載荷作用下的力學(xué)性能進(jìn)行受力分析，研究了影響柔性石墨金屬纏繞墊片壓縮回彈性能的因素，得出了其軸向載荷性能主要取決于結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)以及材料特性等，同時(shí)各因素之間相互作用，共同影響柔性石墨金屬纏繞墊片的剛度、

5、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、壓縮性、回彈性、應(yīng)力松弛及密封性等性能。
　　然后借助計(jì)算機(jī)輔助手段模擬了柔性石墨金屬纏繞墊片的壓縮回彈特性曲線。運(yùn)用商用有限元分析軟件ANSYS Workbench14.0對(duì)柔性石墨金屬纏繞墊片的軸向載荷特性進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了其壓縮回彈特性曲線。模擬結(jié)果表明:柔性石墨金屬纏繞墊片的壓縮回彈特性曲線與試驗(yàn)測(cè)試所獲得的壓縮回彈特性曲線的變化趨勢(shì)基本一致，但由于受到軟件的局限性和墊片內(nèi)部應(yīng)力的復(fù)雜性等因素的影響，數(shù)值模

6、擬結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試曲線在具體數(shù)值上還有一定的距離。
　　最后，在自行研制的墊片性能試驗(yàn)機(jī)上對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)和工藝參數(shù)的柔性石墨金屬纏繞墊片試樣進(jìn)行了壓縮回彈性能測(cè)試，并獲得了相應(yīng)的壓縮回彈特性曲線及數(shù)據(jù)。試驗(yàn)選取了柔性石墨帶密度、初繞圈數(shù)、終繞圈數(shù)以及纏繞壓緊力等四個(gè)影響因素，試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著柔性石墨帶密度的增大，柔性石墨金屬纏繞墊片的壓縮率變化幅度不大，而回彈率增大較為明顯;隨著初繞鋼帶圈數(shù)的增加，壓縮率和回彈率均有減小

7、;終繞鋼帶圈數(shù)增大，墊片的壓縮率降低，回彈率升高，且增加相同圈數(shù)的終繞鋼帶比初繞鋼帶對(duì)墊片壓縮率的降低程度更大;工藝參數(shù)鋼帶纏繞壓緊力的大小在一定程度范圍內(nèi)對(duì)壓縮回彈性能的影響不是很明顯。最后，還對(duì)柔性石墨金屬纏繞墊片壓縮回彈性能的復(fù)現(xiàn)性進(jìn)行了研究，找到了試驗(yàn)次數(shù)與壓縮回彈性能的相互關(guān)系，給出了墊片二次使用的建議。
　　本課題基于實(shí)際生產(chǎn)中柔性石墨金屬纏繞墊片壓縮回彈性能不足的現(xiàn)狀，針對(duì)其影響因素進(jìn)行了研究，通過優(yōu)化柔性石墨金屬纏