Stress and thickness calculation of a bolted flat cover with double metal sealing rings

The design of a bolted flat cover is extremely important for the structural integrity of pressure vessels.The present design codes provide the thickness calculation equations for a bolted flat cover with single metal gasket.However,the rules for a bolted flat cover with double metal sealing rings are not developed to date.In the study,a new thickness calculation equation for the bolted flat cover with double metal sealing rings is proposed.First,the theoretical stress solution for bolted flat cover with the double metal sealing rings is obtained,based on the theory of simply supported circular plate and then verified using the results from finite element analyses.The results indicate that the influence of double metal sealing ring on the stress of the flat cover is more serious compared to single metal gasket.Second,a more accurate and reasonable equation is proposed to calculate the thickness of bolted flat cover with double metal sealing rings based on the derived theoretical equations of maximum stress.Finally,the influence of linear load and the spacing between rings on the thickness are discussed.Subsequently,a few suggestions are provided to design low-pressure or atmosphere pressure vessels.The study provides a theoretical foundation to develop design codes of pressure vessels in nuclear reactors.

Metal Sealing Performance of Subsea X-tree Wellhead Connector Sealer

The metal sealing performance of subsea X-tree wellhead connectors is crucial for the safety and reliability of subsea X-trees. In order to establish the theoretical relation between metal sealing ring＇s contact stress and its structural parameters and working pressure, a mechanical analysis method for double-cone sealing of high pressure vessels is applied in analyzing the metal sealing ring under the condition of preload and operation. As a result, the formula of the unit sealing load for the metal sealing ring under operation with residual preload is shown in this paper, which ensures that the metal sealing ring has an excellent sealing effect and can prevent the metal sealing ring from yielding. Besides, while analyzing the sealing process of the metal sealing ring, the change rule of contact stress and working pressure is concluded here, putting forward that the structural parameters of the metal sealing ring are the major factors affecting the change rule. Finally, the analytical solution through theoretical analysis is compared with the simulation result through finite element analysis in a force feedback experiment, and both are consistent with each other, which fully verifies for the design and calculation theory on metal sealing ring＇s contact stress and its structural parameters and working pressure deduced in this paper. The proposed research will be treated as an applicable theory guiding the design of metal seal for subsea X-tree wellhead connectors.

具有圆度误差的径向金属密封接触应力研究

由于加工圆度误差的影响,井下流量控制阀径向金属密封接触应力分布不均匀,从而影响密封性能。利用有限元方法研究具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布,并分析圆度误差对径向金属密封接触应力的影响;基于有限元分析结果提出径向金属密封接触应力分布的理论解析式,并进行误差分析。具有圆度误差的径向金属密封唇部接触应力分布的理论解与数值解相符,各参数引起的最大接触应力的平均相对误差约为10%。根据具有圆度误差的径向金属密封副接触应力的分布规律,提出合理的过盈量函数,修正了径向金属密封轴对称结构的悬臂梁模型的接触应力理论关系式,得出了圆度误差下的径向金属密封接触应力分布规律。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。

金属封严环数字孪生几何模型框架的开发与应用

金属封严环广泛应用于航空发动机密封系统,其型面成形质量对飞行器高性能、高可靠服役具有重要影响。然而,薄壁、复杂的异形截面与封闭的环形结构等导致其在几何质量检测方面存在以下问题:其一,成形结果严重依赖于破坏性抽样终检,实际产品均未经过完整质量检测;其二,成形过程无几何质量检测手段,无法及时发现成形缺陷,轮廓几何数据的缺失,使工艺优化设计困难。因此,提出一种金属封严环数字孪生几何模型框架,该框架包括:物理空间、虚拟空间、交互空间与服务,可提供在机测量平台标定、截面轮廓测量、点云数据预处理、截面几何特征计算、三维数模快速构建、三维型面动态测量与偏差计算等连续成形质量在线检测技术,建立起反映金属封严环成形过程中变化的数字孪生几何模型,从而为金属封严环成形质量的检测、分析、预测以及后续工艺优化设计所需的基础数据获取等提供支撑。在此基础上,研制了在线检测模拟试验装置与数字孪生软件,介绍了金属封严环数字孪生几何模型的应用情况。

一种高温高压调节阀结构设计

本文介绍了一种适用于高温高压工况的平衡式金属环双重密封套筒调节阀结构和工作原理。以我国某化工厂高温高压调节阀的国产化替代设计为例,提出了蒸汽介质CV值计算公式以及金属密封环的压缩量测试方法,为高温调节阀的设计提供了有力支持。本文结合计算机仿真模拟分析技术,对阀门在不同开度下的流量特性进行模拟计算,验证了计算公式的合理性。同时,对阀门的速度场与压力场分布进行分析,为优化阀门降压级数提供了理论依据。结果表明,该高温高压调节阀的设计不仅能降低介质流速,同时具备优良的降压效果,且有效保障了阀门的安全稳定性。

基于虚拟制备的大环径比O形金属橡胶密封件结构性能研究

金属橡胶密封件(MRS)作为一种新型轻质弹性金属结构,可以替代传统聚合物材料密封件在极端环境中使用。但由于MRS结构的复杂与制备工艺的繁琐,MRS结构特性与力学性能无法精确设计而影响了工程应用。针对这一不足,基于计算机仿真技术,对大环径比O形MRS的制备工艺流程进行数值模拟,采用虚拟制备构建可以真实反映MRS宏观力学性能及微观复杂结构的模型,并依据实际工况对MRS不同压缩工况下的模型进行静力学仿真分析,分析压缩率对于密封系统摩擦界面的接触特性及其结构响应的影响,结果表明其接触特性受到压缩工况及包覆层塑性失效的共同作用。以静力学仿真输出的细观接触应力为参量,结合间隙流动模型,对密封件泄漏率进行仿真和计算,分析其泄漏率的影响因素,结果表明在密封件不发生塑性失效的前提下,较大的压缩率可以减少泄漏。研究结果对新型宽温域密封件的参数设计、性能研究与推广应用有一定的指导意义。

汽车排气管V形金属密封环设计与优化

针对汽车排气管密封问题,设计一种适合汽车排气系统密封的V形金属密封环。该密封环采用平面接触、小接触压力方式,在满足密封要求的同时避免了较大的预紧力;在波谷处采用圆弧过渡,降低了密封环的整体刚度,侧边倾斜一定角度以增大密封环的回弹性能。利用ANSYS Workbench软件对V形金属密封环常温预紧和高温工况下的密封性能进行分析,在保证密封强度要求下确定安装时合适的轴向压缩量;分析密封环结构参数对密封性能的影响,发现壁厚、环宽、波谷半径、接触圆半径、开口角度对密封性能影响较大。基于Design-Expert软件对密封环结构参数进行多目标优化,从而降低了密封环最大等效应力,提高了最大接触压力,减小了密封环质量,并通过相关实验验证有限元模型的可靠性。

航天飞行器用高温密封测试技术研究

航天飞行器用高温密封的工作环境苛刻,为保障飞行安全需进行密封件性能测试,然而现有的测试设备和方法无法达到理想的高温高压且可变的模拟工作环境。以W形金属密封圈气密性测试为例,设计密封件试验器并搭建高温热密封试验平台;对试验器模型进行瞬态热分析,得到试验器温度场分布和结构总变形;完成W形金属密封圈从室温至740℃的多种温度、0~1.2 MPa内外压差工况下的连续、自动化的泄漏率测试。结果表明:试件在试验器内受热均匀,可达到要求的最高温度740℃,试验器可承受1.1 MPa内压,在高温工况下无塑性变形;提出的测试技术可有效判定不同W形金属密封圈的密封性能优劣,可实现W形密封件在多种压差、温度工况的气密性测试。

大环径比O形复合金属密封件制备工艺及静力学性能研究

针对工业领域中对于大口径耐高温的金属密封件的迫切需求,开发一种将勾连交叉缠绕而成的螺旋网状金属橡胶嵌入有一定开口槽的不锈钢细环中的大环径比O形复合金属密封件,探究大环径比O形复合金属密封件的制备工艺,包含金属橡胶弹性内芯以及不锈钢包覆层两部分的制备工艺。研究4种不同孔隙度的金属橡胶密封件在准静态常温下的力学性能,分析载荷、孔隙度对金属橡胶密封件力学性能的影响。研究结果表明,复合金属橡胶密封件在高承载下具有良好的密封特性,当载荷增大后,密封件的力学性能更加趋于稳定;且随着孔隙度的减小,承载能力越来越大。基于静力学性能试验,建立含有不锈钢包覆的金属橡胶密封件的多项式拟合函数,发现六阶多项式能够较好地对试验数据进行拟合,由此可计算分析金属橡胶密封件的静刚度与位移之间的变化规律,从而可以在工程上得到更好的应用。

某型炮射弹发动机金属W环开口方向对密封性能影响的仿真与试验研究

为研究某型炮射弹发动机金属W环开口方向对密封性能的影响,基于ABAQUS软件建立发动机金属W环有限元模型,仿真分析得出该型金属密封环泄漏量数值计算公式,通过该型发动机密封环综合工况试验台进行密封性能试验,仿真与试验结果表明:内开口W环单位长度泄漏量比外开口W环偏小,外开口金属W环轴向压缩量需要比内开环更大才能形成有效密封,即在相同工况下内开口W环密封性能优于外开口W环。最后对两种开口方向的金属W环的建模仿真结果和制造工艺进行分析,得出引起内、外开口金属W环密封性能差异的主要原因。研究内容与结论对某型发动机密封方案设计及W形金属密封环的设计制造具有很好的现实意义和应用价值,对于推动火炮发射火箭弹的研究具有重要的工程研究价值。

基于ABAQUS的W形金属密封环密封性能研究

W形金属密封环作为航空工业中使用的一种重要密封手段,其密封性能不仅影响着航空发动机性能,还对整个动力系统的安全有着至关重要的影响。利用ABAQUS建立W形密封环的数值分析模型,以Von-Mises应力和接触应力来表征其密封性能,分别研究工况环境以及结构参数对W形密封环密封性能的影响规律。研究表明,随着工况温度的升高,Von-Mises应力和接触应力逐渐变小;在一定范围内,随预压缩量的增加,Von-Mises应力和接触应力会随之增大,密封性能愈好;随介质压力的增加,Von-Mises应力呈现先减小后增大,而接触应力逐渐增大;同时,在一定范围内,随W形金属密封环壁厚增加,Von-Mises应力和接触应力随之增大,随着波峰半径增加,Von-Mises应力和接触应力随之减小,而随着波谷半径增加,Von-Mises应力逐渐减小,接触应力会先减小后随之增大。

附加弯矩对金属O形环法兰密封性能的影响研究

为深入探究附加弯矩对螺栓法兰连接结构密封性能的影响,运用ABAQUS有限元软件对某法兰结构进行数值分析,研究了法兰转角、密封槽轴向位移和金属O形环接触应力随附加弯矩的变化情况。结果表明:附加弯矩会造成法兰受拉侧转角变大,受压侧转角变小,同时受拉侧密封槽轴向位移增大;密封槽轴向位移与上法兰转角在一定范围内存在线性变化关系;金属O形环内侧接触应力随弯矩增加逐渐减小,外侧接触应力受弯矩变化影响较小。

全金属可溶球座密封环结构设计与性能分析

为解决桥塞分段压裂工艺开采页岩气中全金属可溶桥塞球座密封环断裂造成密封失效,压裂效果差等问题,设计整体式和组合式结构的密封环,确定结构参数。利用有限元方法开展两种密封环性能对比,进行室内实验与现场测试。研究结果表明,整体式密封环与卡瓦接触位置存在应力集中,与整体式密封环相比,在相同坐封力下,组合式密封环可顺利坐封,且应力分布均匀,表明组合式结构更加优越。常温和高温下打压51 MPa,稳压后,常温下压力回落至47.4 MPa,高温下井筒压力基本不变,高温下打压升至60、70 MPa过程中压力下降,表明存在二次坐封,卸压后无液体渗出。组合式密封环被应用于页岩气水平井,当排量不变时,套压从51 MPa上涨至60 MPa,继续保持排量压力未回落,证明地层压开。以上结果表明组合式全金属可溶球座密封环密封严格,承压性能良好,可为全金属可溶桥塞密封环的设计及应用提供理论指导。

牙轮钻头单金属密封性能分析及结构创新

针对石油钻采过程中牙轮钻头密封易失效的问题,在ANSYS Workbench软件中建立单金属密封模型并进行有限元分析,研究其预装配以及环境压力2个载荷步下的整体密封状态。分析不同环境压力、装配位移、O形圈硬度、静环尺寸等重要参数对动密封面以及橡胶圈表面接触压力的影响。数值模拟结果表明:动密封面接触压力呈线性分布,保证了良好的内外压差;橡胶圈两侧接触压力为33 MPa,支撑环处接触压力达到37 MPa,满足密封要求。为改善静环外侧易磨损导致密封失效的问题,对静环和支撑环结构进行创新,增加O形圈与支撑环之间的接触面积。结果表明:新结构的动密封面接触压力呈矩形分布,在保证了密封效果的前提下解决了静环易变形磨损的问题;静环支撑环之间的接触压力由37 MPa提高至55 MPa,同时增加了静环底部接触面的接触压力,有效地提高了单金属的密封性能。

高温高压金属密封环的设计与应用

介绍了催化剂、加氢装置等高温高压工艺用金属密封环的设计与应用。论述了金属密封环的结构特点和材料选用。

BX金属波纹管机械密封在原油输油泵中的应用

我公司某原油输油站多台外输泵所用的机械密封在使用过程中出现泄漏量超标且甩油的现象,通过对机械密封结构工作原理的分析,和对输送介质物性的研究,确定通过将QB结构形式机械密封改造为BX金属波纹管结构的方式来根除故障,在修旧利废的同时保证了输油泵安全平稳运行。主要对BX波纹管机械密封在高粘度原油输油泵中的成功应用进行分析,以供参考。

大直径小截面金属橡胶密封环制备方法的研究

以前期研究成果为基础,结合航空发动机燃烧室高温密封的具体需求,对大直径小截面金属橡胶密封环的制备方法进行了深入的研究。开发研制的无限长螺旋卷成型机,解决了大直径金属橡胶密封环弹性元件金属丝接头过多,易造成空间污染的技术难题;特殊的制备方法保证了小截面金属橡胶密封件螺旋卷间的牢固嵌合;外壳成型技术的改进和完善,使金属橡胶密封件具有良好的尺寸稳定性。

金属W形密封环的弹塑性接触有限元分析

采用ANSYS有限元软件建立金属W形密封环的有限元模型,对金属W形密封环在给定工况下的弹塑性接触变形进行非线性有限元分析,得出相应情况下的接触应力分布和范.米塞斯(Von-M ises)应力分布;讨论密封环操作参数和结构参数对密封性能的影响。结果表明,在预紧工况和工作工况下,密封环的最大接触应力均能满足密封要求,且最大Von-M ises应力小于屈服极限,金属W形密封环可以实现密封;适当增大金属W形密封环壁厚或加大预压缩量,可以提高其密封性能。

W形金属密封环回弹与密封性能研究

利用ANSYS分析W形金属密封环的压缩回弹性能和密封性能,得出W形金属密封环的压缩量与压紧力的关系;讨论加卸载过程中合金基体与银层的等效塑性应变分布情况并分析密封机制。通过正交试验,分析壁厚、波高、波峰半径、波谷半径等结构参数对密封环回弹性能和密封性能的影响规律。结果表明:W形环具有高回弹量和良好的自紧密封功能;加载压缩量达到10%时,合金基体的波谷区域开始出现塑性应变;镀银层在加载时的塑性流动,是能够实现密封的必要条件;壁厚和波高是对W形环综合性能影响最主要的参数;波谷半径过大将导致W形环密封性能难以保证,在改进设计中应避免。

低温U形金属密封环密封性能有限元分析

为了研究U形金属密封环在不同工作条件下的密封性能,利用ABAQUS软件建立某U形金属密封环的二维轴对称模型,在静密封条件下计算分析U形密封环初始压缩量、工作压力及工作温度等操作参数对密封环最大Von Mises应力、接触压力大小及其分布以及接触宽度的影响。结果表明,在工作工况下,U形密封环上最大Von Mises应力小于材料屈服极限,最大接触压力满足密封要求,且在低温条件下适当增大工作压力可以提高其密封性能。根据计算结果,提出此U形密封环的极限工作条件,对该U形金属密封环的设计和使用有一定的指导意义。