螺栓法兰金属垫片连接结构的紧密性分析方法

现行金属垫片的设计以垫片系数或线密封比压为依据,主要针对法兰强度问题,而没有定量泄漏和紧密性的概念,因此无法从理论上说明连接是否紧密。在金属垫片变截面泄漏通道的泄漏率计算公式、接触应力分布的解析算法以及连接结构变形协调分析的基础上,建立连接系统的紧密性分析方法。实例分析表明:通过增加垫片应力(即提高螺栓载荷),可降低连接的泄漏率,但当垫片应力水平较高时,效果并不显著。对于密封性要求高的连接,可以采用表面较光滑的垫片。以最大允许泄漏率为设计准则的设计方法与以强度为设计准则的规范设计方法相结合,有可能发展成为一种新的密封连接设计方法。

基于紧密性分析的法兰优化设计

在满足强度要求的前提下 ,为了减轻法兰质量 ,降低设备成本 ,在考虑了系统紧密性的基础上 ,探讨了法兰优化设计方法。优化设计中 ,以法兰质量为目标函数 ,以连接系统的最大允许泄漏率和法兰强度为约束条件 ,推导出了相应的数学表达式。设计示例中 ,采用网格法对法兰进行优化设计 ,结果表明 ,所求得的法兰的理论质量比据SH340 6— 96查得的法兰的近似质量减轻了 2 8%。基于紧密性分析的法兰优化设计 ,既可满足法兰的强度要求 ,又能使连接系统的泄漏率小于规定的指标 ,使得设计的法兰安全。

基于螺栓-法兰连接紧密性理论的弹性垫圈优化设计

提出了带有弹性垫圈的螺栓-法兰连接系统紧密性分析方法,并以弹性垫圈的最大回弹量为优化目标,建立了优化设计的数学模型,编制了设计程序。采用该方法既可对系统进行泄漏率定量预测,亦可依据最大允许泄漏率准则对系统进行紧密性设计。该设计方法方便省时,设计结果合理。针对某厂高温换热器设计了螺栓-法兰连接用弹性垫圈,解决了密封连接系统由于经常开停车且工况波动较大而引起的长期严重泄漏问题。