本文關(guān)鍵詞：金屬透鏡墊系統(tǒng)密封性能的研究

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【摘要】：金屬透鏡墊廣泛地應(yīng)用在合成氮、尿素等高壓管道和深海密封管道中。金屬透鏡墊系統(tǒng)密封的可靠性直接關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行、人員安全、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染等問(wèn)題。金屬透鏡墊密封面為兩個(gè)球面,與管道(或法蘭)的錐形密封面形成線接觸密封,在承受壓緊力后,其密封變成環(huán)帶密封,且其接觸面寬度會(huì)隨接觸面上的作用力變化而變化。在工程實(shí)際使用中對(duì)透鏡墊表面接觸寬度、表面應(yīng)力分布等的規(guī)律缺乏比較清晰的認(rèn)識(shí),為此本文開展了金屬透鏡墊系統(tǒng)密封性能的研究。本文首先開展了兩個(gè)方面的試驗(yàn)研究:一是預(yù)緊載荷下透鏡墊表面接觸寬度大小的測(cè)量;二是透鏡墊系統(tǒng)密封性能試驗(yàn)的研究。然后采用二維Hertz接觸理論、ANSYS有限元軟件的線彈性和彈塑性分析計(jì)算方法分別分析了透鏡墊在不同預(yù)緊力下接觸表面的受力和變形情況。將試驗(yàn)測(cè)得接觸寬度、有限元模擬計(jì)算得到的接觸寬度與文獻(xiàn)及利用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的接觸寬度的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。再結(jié)合試驗(yàn)以及有限元模擬對(duì)透鏡墊系統(tǒng)在操作工況下的密封特性進(jìn)行分析研究。最后利用兩個(gè)具體的算例對(duì)幾種常見的透鏡墊計(jì)算方法進(jìn)行了分析,深入地討論它們?cè)谟?jì)算中所存在的問(wèn)題,得到如下的結(jié)論:1)透鏡墊的實(shí)測(cè)接觸寬度與理想彈塑性的有限元模擬計(jì)算方法所得的結(jié)果較吻合,也與當(dāng)歐盟壓力容器標(biāo)準(zhǔn)EN13445.3-G公式中Qmax取2ReL時(shí)計(jì)算的結(jié)果較接近。2)透鏡墊表面接觸壓力近似呈拋物線分布。當(dāng)表面接觸壓力超過(guò)2倍的屈服強(qiáng)度后,表面接觸壓力和分布寬度的線彈性模擬結(jié)果與彈塑性的模擬結(jié)果差距變得越來(lái)越明顯,兩者開始出現(xiàn)差異約在Hertz最大接觸應(yīng)力等于2倍的透鏡墊材料屈服強(qiáng)度處。3)當(dāng)內(nèi)部介質(zhì)為氮?dú)鈺r(shí),根據(jù)工程上常見的幾種透鏡墊計(jì)算方法計(jì)算得到的透鏡墊預(yù)緊力的大小都達(dá)不到PVRC標(biāo)準(zhǔn)T2等級(jí)的密封要求,且利用試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到的墊片系數(shù)y和m的大小比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中更大。
【關(guān)鍵詞】：透鏡墊 接觸寬度 接觸應(yīng)力分布 密封特性
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB42
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符號(hào)說(shuō)明10-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題背景與意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 墊片螺栓法蘭密封系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 密封的有限元模擬仿真16-17
• 1.2.3 金屬透鏡墊的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 研究目標(biāo)、方案和技術(shù)路線18-21
• 1.3.1 研究目標(biāo)18-19
• 1.3.2 研究方案及技術(shù)路線19-21
• 第2章 透鏡墊系統(tǒng)密封的試驗(yàn)研究21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 試驗(yàn)方案21-25
• 2.2.1 透鏡墊預(yù)緊狀態(tài)下接觸寬度的測(cè)量21-24
• 2.2.2 透鏡墊密封性能試驗(yàn)24-25
• 2.3 試驗(yàn)裝置的主要功能和技術(shù)參數(shù)25-26
• 2.4 試驗(yàn)步驟26-27
• 2.4.1 透鏡墊預(yù)緊狀態(tài)下接觸寬度的測(cè)量的試驗(yàn)步驟26
• 2.4.2 透鏡墊密封性能試驗(yàn)步驟26-27
• 2.5 試驗(yàn)結(jié)果27-29
• 2.5.1 透鏡墊徑向表面粗糙度27
• 2.5.2 透鏡墊預(yù)緊狀態(tài)下接觸寬度的結(jié)果27-28
• 2.5.3 透鏡墊密封性能試驗(yàn)的結(jié)果28-29
• 2.6 本章小結(jié)29-31
• 第3章 透鏡墊預(yù)緊時(shí)接觸表面密封特性的研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 預(yù)緊狀態(tài)下受力分析與模擬計(jì)算31-34
• 3.2.1 預(yù)緊狀態(tài)下透鏡墊受力理論分析31-32
• 3.2.2 有限元模擬分析32-34
• 3.3 結(jié)果與討論34-37
• 3.3.1 不同預(yù)緊力下的接觸面寬度34-36
• 3.3.2 表面接觸壓力大小與分布36-37
• 3.4 透鏡墊系統(tǒng)材料屈服強(qiáng)度對(duì)接觸寬度及應(yīng)力分布的影響37-41
• 3.4.1 不同屈服強(qiáng)度、不同預(yù)緊力下的接觸面寬度37-39
• 3.4.2 不同屈服強(qiáng)度下表面接觸壓力大小與分布39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 透鏡墊在操作工況下的模擬研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 透鏡墊模擬“卸載”時(shí)卸載定律43
• 4.3 透鏡墊密封性能試驗(yàn)的模擬分析43-47
• 4.3.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分43-44
• 4.3.2 有限元邊界條件及約束44-45
• 4.3.3 有限元計(jì)算結(jié)果45-47
• 4.4 擴(kuò)展到一些其他工況的模擬研究47-51
• 4.4.1 內(nèi)壓更高下透鏡墊系統(tǒng)加載及卸載過(guò)程的模擬47-49
• 4.4.2 透鏡墊系統(tǒng)預(yù)緊力不同時(shí)的模擬49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第5章 試驗(yàn)介質(zhì)為氮?dú)鈺r(shí)透鏡墊密封性能的討論53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 透鏡墊在工程上常見的設(shè)計(jì)計(jì)算方法53-61
• 5.2.1 EN13445.3-G方法的簡(jiǎn)單介紹[71]53-56
• 5.2.2 HG/T20582-2011 第17章方法的簡(jiǎn)單介紹56-57
• 5.2.3 線密封比壓方法的簡(jiǎn)單介紹57
• 5.2.4 對(duì)比討論57-60
• 5.2.5 透鏡墊預(yù)緊力工程計(jì)算方法60-61
• 5.3 透鏡墊操作工況下密封問(wèn)題的討論61
• 5.4 本章小結(jié)61-63
• 第6章 結(jié)論與展望63-67
• 6.1 本文主要結(jié)論63-64
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)64
• 6.3 展望64-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71-73
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和成果73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：643600