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接头密封性能分析:密封结构设计与材料力学性能

更新时间:2025-01-09 工作计划 版权反馈
【摘要】:接头的初始结构如图8.4所示,接头主体与法兰盘为分离式结构。本节研究重点为接头的密封性能,因此在分析之前假设法兰和凸缘的结构强度足够,并且螺栓能提供足够大的预紧力。表8.1关键材料力学性能(续表)电压比电流波动最小临界电感图4-16 带电感器的储能元件的直流—直流斩波器a)降压变换器 b)升压变换器图4-16表示电流连续的例子。图4-17a表示减少的电感器电流iL在再次增加前的最后一刻刚好等于0。

接头的初始结构如图8.4所示,接头主体与法兰盘为分离式结构。接头对接面上有环向凹槽以容纳密封圈,密封圈受到预紧力作用产生局部塑性变形,使唇面与凹槽斜面完美贴合形成可靠密封。接头主体端部带有凸缘,旋转式法兰卡在凸缘中并通过八副螺栓提供预紧力。本节研究重点为接头的密封性能,因此在分析之前假设法兰和凸缘的结构强度足够,并且螺栓能提供足够大的预紧力。

预紧力的确定可参照ASMEⅧ-Ⅱ—2010中式4.16.5,对于自紧式密封圈其密封参数m、y均为0,G为垫片接触的平均直径,管道内部工作压力为P,则其轴向预紧力为[9-10]

图8.4 接头的法兰结构形式

图8.5 简化的接头配置形式(www.xing528.com)

钢带管法兰式接头的泄漏路径仅有可能出现在密封圈部位,因此可对接头的主要结构进行如图8.5所示的处理,处理后的接头分左右两部分,中间为嵌入凹槽的八角环形金属密封圈,尺寸按ASME B16.20标准通过管道的公称直径(DN50)选择[11]。模型中去掉螺栓并通过位移控制的方式施加预紧力,由金属密封圈的工作原理可知其材料硬度将略低于法兰材料的硬度,因此密封圈的材料选为316不锈钢,法兰材料选为12Cr2Mo1[6],关键零部件材料属性见表8.1。由于接头与密封圈均为旋转对称结构,为加快有限元模型的计算过程,可按其过中心线的轴向截面建立二维有限元模型并导入ABAQUS中计算[12]。为使该模型的位移和应变与真实情形更接近,在该模型中设置右边的法兰边界条件为ENCASTRE,限制左边法兰的边界条件仅能沿管道轴向移动,限制密封圈的三轴转动自由度而放松其三轴移动自由度,除此之外不限制其他结构的位移边界条件。在分析步中首先对左边法兰施加0.5 mm的轴向位移以模拟螺栓的预紧过程,定义使密封圈内部大部分区域的Mises应力超过其屈服应力的法兰轴向位移为合理预紧位移,之后重新对法兰施加合理预紧位移并对管道施加50 MPa内压,研究施加内压前后密封圈与凹槽之间的接触压力变化趋势。

表8.1 关键材料力学性能

(续表)

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