作為現(xiàn)代過程工業(yè)使用最為普遍的一種可拆卸連接方式,螺栓法蘭連接廣泛應(yīng)用于食品、機(jī)械、航空航天等行業(yè)。這些行業(yè)大多都會涉及高溫、高壓,受外界惡劣環(huán)境等因素的影響較為嚴(yán)重,因此對螺栓法蘭接頭的密封性能提出了較高的要求。特別是近年來隨著人們對環(huán)保要求日益增高,對螺栓法蘭接頭密封性能的研究更加引起了社會各界的廣泛關(guān)注[1]。但是由于螺栓法蘭連接系統(tǒng)較為復(fù)雜、在實(shí)際應(yīng)用中使用數(shù)量比較龐大再加上連接接頭往往處在復(fù)雜多變的載荷工況之下,使其成為壓力容器及管道連接中較為薄弱的環(huán)節(jié),因此螺栓法蘭連接接頭在高溫及外載荷作用下的失效問題已經(jīng)成為目前急需解決的一個問題。本論文選取工況條件為5MPa、研究對象為3英寸的雙楔角環(huán)墊螺栓法蘭接頭建立三維有限元模型,對其在高溫環(huán)境承受外彎矩等組合載荷下的強(qiáng)度、剛度及密封性能進(jìn)行分析,具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)利用有限元軟件ABAQUS對雙楔角環(huán)墊法蘭接頭在預(yù)緊工況、操作工況的密封性能分析,得到了兩種工況下螺栓法蘭接頭的應(yīng)力分布,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了法蘭的位移轉(zhuǎn)角分析、螺栓及法蘭的應(yīng)力評定,分析此兩種工況下螺栓法蘭是否滿足剛度要求、強(qiáng)度要求及密封要求,分析結(jié)果表明:雙楔角環(huán)墊法蘭接頭在螺栓預(yù)緊力、內(nèi)壓及端部載荷的作用下,各部件滿足強(qiáng)度及剛度要求且墊片最小接觸應(yīng)力滿足密封所需的要求,為接下來螺栓法蘭接頭的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析提供有效數(shù)據(jù)。(2)鑒于雙楔角環(huán)墊法蘭接頭多在高溫環(huán)境下工作,為準(zhǔn)確分析雙楔角環(huán)墊法蘭接頭的泄漏機(jī)理,進(jìn)行了高溫環(huán)境下的熱分析,并采用順序耦合的方法,分析了在不同溫度作用下螺栓法蘭接頭的密封性能。分析得到,在溫度達(dá)到773K,墊片應(yīng)力衰減十分明顯,法蘭連接接頭就會發(fā)生泄漏。(3)螺栓法蘭接頭除受管道內(nèi)壓外,在實(shí)際應(yīng)用中還可能會伴隨外彎矩的作用,且外彎矩導(dǎo)致的變形及轉(zhuǎn)角通常是直接導(dǎo)致法蘭接頭密封失效的主要原因,本文對彎矩作用下的雙楔角環(huán)墊法蘭接頭進(jìn)行應(yīng)力評定,得到在彎矩達(dá)到3000N·m時,標(biāo)準(zhǔn)尺寸的雙楔角環(huán)墊法蘭在路徑所對應(yīng)的一次應(yīng)力大于許用應(yīng)力所對應(yīng)的數(shù)值,即無法通過強(qiáng)度校核,導(dǎo)致螺栓法蘭接頭密封失效。整個分析對于雙楔角在實(shí)際中的應(yīng)用有重要的參考價值。
【學(xué)位單位】：吉林化工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH136
【部分圖文】：

技術(shù)路線示意圖

法蘭錐頸小端有效厚度一般與管道壁厚相等，法蘭直邊段長度以及螺栓孔直徑和螺栓個數(shù)可參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。圖2.1 法蘭及環(huán)墊尺寸Fig.2.1 Dimensions of the flange joint and a double wedge angle ring gasket2.2.2 雙楔角環(huán)墊法蘭接頭的材料參數(shù)本文以雙楔角環(huán)墊法蘭接頭作為研究對象，法蘭和螺栓材料性能可看作均勻、各向同性且線彈性。緊固件為 8×M20 雙頭螺柱，墊片為雙楔角環(huán)墊。法蘭材料選用 10CrMo910，雙頭螺柱材料為 35CrMoA，墊片材料為 304L。雙楔角環(huán)墊、螺栓及法蘭材料參數(shù)根據(jù)《機(jī)械工程材料性能數(shù)據(jù)手冊》[39]如表 2.1 所示。

有限元模型

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄭小濤;王明伍;喻九陽;程詩;林緯;;高溫法蘭連接結(jié)構(gòu)的有限元模擬及安全評定[J];化工設(shè)備與管道;2014年06期

2 陸曉峰;徐永杰;;新型雙楔角環(huán)墊結(jié)構(gòu)參數(shù)顯著性分析與設(shè)計(jì)[J];固體火箭技術(shù);2014年02期

3 喻健良;閆興清;羅從仁;;高溫下法蘭系統(tǒng)溫度分布及螺栓載荷變化[J];壓力容器;2013年11期

4 柴慶有;景鵬飛;魏承巖;;焦炭塔底蓋機(jī)液壓密封系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J];當(dāng)代化工;2013年07期

5 秦叔經(jīng);;應(yīng)力分類方法的幾點(diǎn)討論[J];化工設(shè)備與管道;2013年02期

6 劉麟;顧伯勤;;外彎矩和元件蠕變對螺栓法蘭連接力學(xué)性能的影響[J];潤滑與密封;2012年11期

7 蔡仁良;蔡暖姝;章蘭珠;范淑玲;應(yīng)道宴;;螺栓法蘭接頭安全密封技術(shù)(二)——基于控制泄漏率的墊片應(yīng)力及其試驗(yàn)方法[J];化工設(shè)備與管道;2012年05期

8 馮軍軍;劉麟;顧伯勤;;外彎矩和蠕變對螺栓法蘭連接緊密性的影響[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2011年05期

9 馮軍軍;劉麟;顧伯勤;;基于ABAQUS的承受外彎矩作用的螺栓法蘭連接的參數(shù)化研究[J];潤滑與密封;2010年10期

10 劉貞飛;張印桐;嚴(yán)國華;;Taper-Lok法蘭在南海海管連接中的應(yīng)用[J];中國水運(yùn)(下半月刊);2010年10期

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1 馬凱;金屬與金屬接觸式法蘭接頭在高溫重整裝置中的密封性能研究[D];華東理工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 高巖;高端緊固件緊固工藝技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2016年

2 張巖;石化極端工況下法蘭連接的可靠性研究[D];華東理工大學(xué);2015年

3 盛濤濤;高溫下承受外彎矩的法蘭接頭完整性分析[D];華東理工大學(xué);2014年

4 劉超;高溫組合法蘭的完整性和緊密性有限元分析[D];華東理工大學(xué);2014年

5 崔奎虎;航空鈦合金高應(yīng)變率條件下SHPB壓桿實(shí)驗(yàn)與仿真[D];天津大學(xué);2013年

6 唐巧雪;加固改造新增混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究[D];西安科技大學(xué);2013年

7 張忠華;高溫螺栓法蘭系統(tǒng)密封性能研究[D];大連理工大學(xué);2012年

8 盧均臣;基于蠕變的高溫法蘭強(qiáng)度與密封分析[D];華東理工大學(xué);2012年

9 默亞卿;圓錐形中空夾層鋼管約束混凝土短柱軸向局壓學(xué)性能研究[D];沈陽建筑大學(xué);2012年

10 王洪欣;徐變對空心鋼管混凝土構(gòu)件承載力性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

本文編號：2820543