温度波动对螺栓法兰连接系统垫片应力的影响

温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系统在温度变化时存在着一定的温度滞后现象;当温度波动时,垫片应力随温度的降低而减小,随温度的升高而增大,波动结束后垫片表现出“内紧外松”的应力分布现象。在这一过程中,垫片的热膨胀与温度场的滞后性是垫片应力变化的主要因素。研究结果为螺栓法兰连接系统的进一步优化和改进提供了有力支持。

加载方式对垫片应力的影响及其泄漏率预测

垫片是螺栓法兰连接系统中的关键密封元件,在实验室对其进行泄漏率测量时,多采用刚性法兰通过试验机进行均匀加载,而忽略了生产实际中螺栓加载方式对泄漏率的影响。采用数值模拟方法研究实际操作常用的交叉加载、顺次加载和ASME PCC-1-2013标准中传统星形加载方式对垫片应力的影响,并将这3种加载方式与均匀加载方式进行比较。结果表明:3种加载方式都存在着螺栓预紧载荷不均匀的情况,但相比之下传统星形加载方式的预紧效果最佳,最接近均匀加载时的预紧效果;在相同载荷下,不同加载方式所得垫片上的应力不同。考虑垫片应力分布的不均匀性,对现有泄漏率预测公式进行了修正,并通过试验对修正后的公式进行验证。结果表明:修正后的公式所预测的泄漏率与试验结果更为接近。研究工作对提高螺栓法兰连接系统泄漏率预测的准确性具有重要意义。

基于金属与金属接触型螺栓法兰接头的垫片应力分析

建立了三维参数化弹塑性有限元模型,对DN600 CLASS300金属与金属接触型(MMC)螺栓法兰接头进行了结构以及热-结构耦合分析,研究了预紧力、内压、温度、螺栓和法兰蠕变对垫片应力的影响。结果表明,当法兰密封面与垫片外环接触后,垫片平均应力基本不变,内压对垫片应力影响较小,垫片应力随温度升高而减小,螺栓和法兰蠕变过程中,垫片应力先增大后减小。

螺栓法兰接头安全密封技术(四)——垫片应力

虽然垫片成本相对较低,但在保证法兰接头的密封性能、控制泄漏方面却起着关键的作用。当法兰接头发生泄漏时,人们往往容易归因于垫片,其中固然有垫片本身的原因,但更多的是法兰连接系统的设计或安装使用中存在的问题,最终通过垫片密封失效的形式表现了出来。在法兰接头安装后到投入使用,垫片应力受到众多因素的影响而发生改变直至减小。当垫片应力降低到低于设计密封要求时,将导致法兰接头的密封失效、发生泄漏。分析了影响垫片应力的因素及其原因,提出从螺栓预紧后直至维持长期运行过程中,垫片应力经历了一个逐渐衰减的过程。要弥补或减小这样的影响,维持法兰接头的密封状态,在垫片和螺栓许用强度范围内,安装垫片应力应尽可能大,即安装螺栓载荷应足够大。

法兰接头预紧过程中垫片应力场数值模拟分析

螺栓法兰接头安装过程中的螺栓弹性交互作用会造成各螺栓预紧载荷不均匀,从而影响其密封性能。文中考虑垫片压缩回弹曲线的非线性和迟滞性,建立了DN80的法兰接头三维有限元模型。以ASME PCC-1标准中螺栓传统星形预紧方式为例,分析了预紧过程中螺栓载荷及垫片应力的变化。结果表明:即使按照标准中规定的螺栓加载方式,预紧后螺栓载荷仍有较大的分散性;螺栓载荷的分散性会造成垫片接触应力沿周向分布不均匀;垫片应力最小值出现在6#和7#螺栓之间,其大小仅为目标应力的74.3%,表明法兰接头最容易在此处发生泄漏。

活动平台单髁膝关节置换术中胫骨假体后倾角度、股骨假体安放位置不同时聚乙烯垫片和胫骨平台应力对比观察

目的 对比观察活动平台单髁膝关节置换术中胫骨假体于两个后倾角度、股骨假体于三个位置安放时聚乙烯垫片和胫骨平台应力,为假体安放最佳位置提供参考。方法 利用Mimics、Solidwork、Geomagic Studio等软件,建立正常膝关节和活动平台单髁膝关节假体的有限元模型,在Magics软件中模拟单髁置换膝关节手术,将胫骨假体后倾角度设置为0°、7°,股骨假体分别安放在股骨内髁的中心位置、内移5 mm位置、外移5 mm位置,然后在膝关节屈曲0°、30°、60°、90°的情况下,分别观察聚乙烯垫片、胫骨平台的应力值大小和应力分布情况。结果 当胫骨假体后倾为0°和7°时,与股骨假体安放在内移5 mm的位置相比,安放在中心和外移5 mm的位置聚乙烯垫片和胫骨平台的应力值低(P均<0.05),在股骨假体放置在中心位置和外移5 mm的位置时聚乙烯垫片和胫骨平台的应力分布均匀;当胫骨假体后倾角度增加时,聚乙烯垫片以及胫骨平台应力没有明显变化。结论 活动平台单髁膝关节置换术中股骨假体放置在股骨内髁中心和轻度外移的位置,胫骨假体的后倾角度控制在0°~7°时,聚乙烯垫片和胫骨平台的应力值最小,应力分布均匀。

垫片外缘最大应力对螺栓法兰连接结构泄漏率影响

螺栓法兰连接广泛的应用于石油化工等过程装备中,其是最重要的静密封连接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法对垫片的平均应力和外缘最大应力关系进行分析研究;采用解析方法预测螺栓法兰连接结构的泄漏率,并与试验结果进行对比,研究了垫片外缘最大应力与泄漏率之间的关系。结果表明,随着螺栓载荷的增加,法兰偏转程度增加,垫片平均应力与垫片外缘最大应力的差值逐渐增大;垫片外缘最大应力较平均应力对连接结构泄漏率影响更大。

关于螺栓法兰垫片连接接头密封性能研究概述

螺栓法兰垫片接头是压力容器中常用的静密封连接形式。工程上常常采用泄漏率来表征其紧密性。本文从螺栓法兰垫片接头的泄漏率计算模型、密封泄漏失效预测模型和影响螺栓法兰垫片系统的关键因素对其密封性能进行文献综述,为螺栓法兰连接结构设计与泄漏率控制提供参考。

金属平垫片螺栓法兰接头泄漏预测的可行性研究

螺栓法兰结构在服役过程中,不可避免的受到载荷和温度波动的影响,引起垫片应力发生变化,进而引起泄漏。因此,预测法兰接头的泄漏对于保障正常运行至关重要。运用ABAQUS有限元软件,建立了螺栓法兰结构的三维有限元模型,模拟了法兰结构的预紧-加载过程,基于泄漏率的概念,采用平均应力法计算垫片应力,分析了垫片应力和螺栓力分布及变化规律。研究结果表明,垫片应力同螺栓中应力存在单调对应关系,即可以测量螺栓中应力预测螺栓法兰结构的泄漏问题,以减少工程中螺栓法兰结构的泄漏问题。

金属垫片有效密封宽度有限元分析

利用有限元软件ANSYS对不同螺栓载荷下的垫片接触应力分布进行了数值模拟。在此基础上,结合垫片系数m及内压,计算得到垫片有效密封宽度。结果表明,垫片有效密封宽度除受法兰密封面形状和垫片基本宽度影响外,还与法兰刚度和垫片几何尺寸有关;垫片有效密封宽度有限元计算值比GB150-1998规范计算值小。这为螺栓法兰金属垫片的设计与安全评价提供了参考。

根据法兰和垫片极限确定法兰接头的螺栓预紧载荷

运用WRC-538和ASME PCC-1中有关法兰极限和垫片极限的概念,在预紧和操作工况下,分析法兰接头中的各种法兰应力极限(及与之对应的法兰转角极限)和各种垫片应力极限、垫片允许的法兰转角极限,并通过实例验证了法兰接头的结构完整性和连接密封性。为法兰接头的优化设计和螺栓预紧载荷的合理确定提供依据。

基于非线性有限元的螺栓法兰接头应力分析

考虑法兰接头各元件之间的相互作用以及垫片材料的非线性,建立了管法兰接头的三维有限元模型,研究了螺栓预紧载荷、介质内压和法兰尺寸对法兰的偏转角度及垫片接触应力的影响。结果表明:螺栓预紧载荷及介质内压的增加均会造成法兰偏转角的增大,从而引起垫片接触应力沿径向方向分布的不均匀程度变大;法兰直径越大,其垫片应力在径向上分布越不均匀;对较小直径的法兰,轴向螺栓力随介质内压的增加而增大,对大直径的法兰,轴向螺栓力随内压增加而减小。

管法兰螺栓安装应力的设计计算

按照ASME PCC-1限制垫片应力、法兰应力及法兰转角的设计思路,采用WRC Bulletin 538的法兰应力判据,确定螺栓安装应力的计算方法,对带颈平焊法兰采用了不同于ASME ⅤⅢ给出的法兰系数。结合GB/T38343对法兰偏转角及最大螺栓应力的限制条件,以法兰材料ASTM A105及NB/T 4700820号钢为例给出不同类型、不同压力等级法兰的螺栓安装应力范围,同时根据计算结果对法兰及垫片选型给出相应建议。

安装工况对NiTi合金垫片螺栓法兰连接接头密封性能的影响

NiTi合金具有优异的形状记忆效应和超弹性效应,是制备新一代金属密封垫片的理想材料。采用有限元分析软件ABAQUS研究了安装工况对法兰密封连接接头密封性能的影响,并将计算结果和20#钢金属垫片作对比。结果表明:与仅考虑NiTi合金超弹性效应相比,考虑NiTi合金形状记忆效应,可使垫片接触应力提高17.4%;在介质内压、端部载荷作用下,NiTi合金垫片接触应力降低了5%,20#钢金属垫片降低了9%。说明NiTi合金作为密封垫片,在Ms温度下安装,Af温度以上使用的条件下,其密封性能要优于20#钢垫片,可有效的提高法兰螺栓连接接头的密封性能。

螺栓法兰接头安全密封技术(一)——安装螺栓载荷

安装螺栓载荷不足和安装不当是引起螺栓法兰接头泄漏的主要原因,结合螺栓载荷和垫片应力的相关定义,针对目前在安装螺栓载荷上的一些认识问题进行分析和探讨,以引起工程设计和现场安装人员的重视,为安全密封提供应用参考。

基于螺栓力的法兰接头泄漏率预测模型研究

螺栓法兰接头在石化装置中应用广泛,也是频繁泄漏部位之一,主要是由于螺栓力不足导致密封垫片应力下降从而引起泄漏,因此接头运行过程中螺栓力变化对于其密封性能至关重要。针对该问题,提出以泄漏率为指标,研究法兰接头螺栓力与垫片应力的关系,构建基于螺栓力的法兰接头泄漏率模型,并开展接头螺栓力和泄漏率试验,验证模型可靠性。实验结果表明,随着内压升高,螺栓力增大、垫片应力下降,螺栓力和垫片应力存在单调对应关系,垫片应力理论计算值与试验值之间对应较好,接头泄漏率理论值同实验值相比具有较好的可比性。因此,基于接头螺栓力预测泄漏率是可行的,同时该模型对于监测法兰接头服役过程中螺栓力的变化具有重要的理论意义。

承受外弯矩作用的法兰接头性能研究

采用有限元法模拟了垫片的非线性特性,计算了垫片应力及法兰应力。按应力分析设计方法校核法兰;基于PVRC紧密性的计算方法,以垫片应力为判据,关联了外弯矩与接头紧密度之间的关系。

在稳态温度场中法兰接头的三维有限元分析

利用3-D有限元法模拟了法兰接头的稳态温度场分布,结果表明计算值与实测数据吻合较好。此外,模拟了操作条件下,垫片因蠕变引起减薄的垫片应力分布,并利用垫片应力与紧密性参数之间的关系,评价了垫片应力对法兰接头密封性能的影响。

高温闸阀不同升温保温时间下瞬态密封分析

均匀的螺栓载荷是实现闸阀法兰长期有效密封的保证。针对工业中开停工温度波动引起的法兰变形等问题,建立了闸阀瞬态热-结构耦合有限元模型,搭建了高温闸阀试验装置并验证了模型的准确性,研究了不同升温保温时间组合下螺栓载荷与垫片应力的变化规律。实验结果表明,随着升温时间的延长,螺栓平均载荷下降速度减缓,螺栓间不均匀程度逐渐降低。在保温过程中,平均载荷有所回升,不均匀程度进一步降低,最小垫片应力的变化同步于螺栓载荷的变化。研究指出,多段温度连续加热中,最后阶段升温时间的长短是决定整个法兰系统密封性能的关键。

延迟焦化装置中带碟簧的管法兰接头三维数值分析

应用有限元法分析延迟焦化装置中焦炭塔和管道的受力和变形,并针对生焦高温工况,对带有碟形弹簧的管法兰接头进行三维数值模拟,分析碟形弹簧对垫片应力的影响。模拟结果表明,生焦时焦炭塔受高温膨胀,导致管道弯曲变形,而内压对此影响相对要小很多;高温下选用适当的碟形弹簧,有利于维持管法兰接头的垫片工作应力。