螺栓法兰垫片接头整体结构数值模拟和密封性能分析

建立了螺栓法兰垫片接头整体结构有限元模型,研究了法兰盘厚度、螺栓数目、工作压力、及螺栓预紧力等参数对法兰偏转角和泄漏率的影响。结果发现,由于法兰力矩作用,法兰盘发生偏转,使得垫片上压应力沿径向分布不均,在垫片外缘存在最大压应力环带,环带上最小压应力值决定着接头的密封性能。法兰偏转会影响接头泄漏率,但并非偏转越大,泄漏率越大;在某些情况下,泄漏率甚至随偏转角增大而减小。     

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。     

螺栓法兰接头安全密封技术(三)——法兰的设计选用及其承载能力评估

Taylor-Waters法与相应的设计工况下载荷确定规则及其应力判据三者构成一个完整规则,被各国规范应用于非标法兰的强度校核。标准法兰按标准规定的压力-温度额定值选用是安全的。最大螺栓预紧力是控制法兰接头泄漏的关键,而法兰的承载能力评估是决定最大螺栓预紧力的重要因素。法兰承载能力评估可采用公式计算、弹性应力分析、弹-塑性有限元分析等方法,并建立相应的应力分类判据、应变或转角判据。     

温度变化对法兰密封性能的影响

法兰的密封性能取决于工作状态下垫片上残余预紧力的大小,温度变化时由于热膨胀以及弹性模量变化会导致剩余预紧力发生变化,从而影响法兰的密封性能.通过对温度变化时螺栓及法兰垫片系统的受力变形分析,得到了温度变化时由于热膨胀、弹性模量变化以及二者共同作用时对法兰密封性能的不同影响,对法兰接头的设计具有参考价值.     

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。     

高温法兰连接结构的有限元模拟及安全评定

利用ANSYS软件分析了高温螺栓法兰连接系统在预紧、承压及热-机操作工况下的应力和变形行为,并基于强度分析和密封分析对螺栓法兰连接进行了安全评定.结果表明：不同工况下,应力具有相似的分布规律,法兰最大应力在螺母与法兰接触面的内侧,上、下法兰应力分布具有对称性;螺栓应力呈现拉弯组合形变,最大应力出现在由中间向两端第一个螺纹根部;垫片应力在各工况下均呈现为外大内小,密封面压力均大于满足密封要求的最小压紧力,法兰的转角均小于0.3°,满足法兰刚度要求,强度分析和密封分析均满足要求,具有良好的紧密性,给出了一种工程分析方法.     

快开压力容器螺栓法兰的设计

在受预紧螺栓力矩控制的法兰设计中,存在法兰厚度随螺栓个数增加而增加的不合理现象,其原因在于为了满足螺栓间距而增加螺栓个数导致法兰力矩增加。提出了应在设计图纸上标明螺栓应力和螺栓拧紧力矩的观念。从法兰和垫片变形协调条件推导了螺栓最大间距理论公式。     

高温法兰接头升温速度对垫片应力影响研究

法兰接头内壁升温速度对垫片应力的变化有重要影响。采用ANSYS有限元分析软件对采用柔性石墨垫片的高温法兰接头分别进行了瞬态和稳态的热-结构耦合分析。结果表明,基于两种分析方法的升温后最终垫片应力均降低;升温速度过快会对垫片造成不可逆转的压缩性破坏;对于DN200,PN40无保温层的法兰,其升温速度低于6.8 K/min时,用稳态温度场代替瞬态温度场的热-结构耦合场分析,两种方法垫片应力的最大值误差在5.0%范围内,垫片外侧(考察点处)应力误差约在10.7%以内。     

法兰密封垫片最小宽度探讨

<正> 在法兰螺栓连接系统中,垫片是重要的密封元件之一,工程应用十分广泛。为便于其设计和应用,我国有关设计标准大都参照ASME规范,引入预紧密封比压y和垫圈系数m来描述垫片的密封性能。 一般而言,垫片系数m值的大小与其宽度无关,因此,垫片越窄越易夹紧。但作用力又不能过大,因为在预紧状态下,垫片会受到超载荷。除非垫片有一个止环,或者     

长颈法兰偏转角的解析算法

螺栓法兰连接是石油、化工、核能、电力等部门压力容器和管道广泛采用的一种连接形式,其密封连接是否可靠直接关系到生产装置的安全运行和现场操作人员的安危。其失效极少是因强度不足引起的,泄漏是连接系统失效的主要原因。在真实螺栓法兰连接结构中,螺栓载荷和内压的作用使法兰发生偏转,法兰偏转引起垫片接触应力分布不均匀,垫片的局部接触应力对螺栓法兰连接结构密封性能的影响较垫片的平均压紧应力更大。文章在Warters法的基础上,考虑了操作压力的影响,对法兰变形进行理论分析,推导了法兰偏转角的计算公式,这为垫片接触应力分布的解析计算研究奠定基础。     

提高法兰连接密封可靠性的最大螺栓安装载荷控制技术

确定螺栓安装载荷是走出法兰设计选用的认识误区,解决法兰接头泄漏的核心问题。螺栓材料抗松弛适用温度应大大低于螺栓材料最高设计温度,螺栓安装应力应大大高于螺栓材料许用应力。垫片蠕变松弛是螺栓安装载荷(垫片应力)降低,并导致泄漏的重要因素。最大螺栓安装载荷只要控制螺栓不发生屈服、垫片不压溃、法兰不发生影响垫片密封的过大变形。按WRC 538或ASME压力容器规范进行法兰安装工况下的应力和转角(应变)评估。     

缠绕式垫片法兰接头装配要求的剖析

本文根据缠绕垫片法兰接头的实际情况,按照ASME B16．20缠绕式垫片的技术要求,对低压管法兰用缠绕式垫片的安装要求进行一些分析。     

大口径法兰三维热力有限元分析

对大口径法兰进行了三维有限元热力分析,研究发现由于温度场的作用螺栓应力有所增加、法兰的偏转程度有所减轻,垫片应力以及应力分布的不均匀性有所降低;内压的波动会引起垫片应力的降低而且随着压力波动幅度的增加垫片应力降幅也越大;螺栓内外侧应力变化情况相对比较复杂,法兰的偏转量变化对其影响较大。     

石油化工装置法兰密封垫片探讨

分析了垫片的密封机理,从垫片的性能、法兰密封面形式及刚度、螺栓预紧力、安装误差、操作条件等方面讨论了影响垫片密封的因素。对比了目前实用较为广泛的非金属垫片、半金属垫片和金属垫片三种不同类型垫片的结构形式和密封性能,并对每种垫片的具体实用类型从结构到操作条件进行了对比分析,归纳了一般情况下密封垫片的选型方法和正确的安装方法。     

Shell气化炉下法兰泄漏原因分析及改进措施

针对Shell气化炉下法兰经常发生泄漏的现象,对气化炉下法兰的垫片型式、螺栓预紧力、紧固施工过程等因素进行了分析和计算,得出了下法兰频繁泄漏的主要原因为原螺栓预紧力计算未充分考虑设备使用后增加额外的载荷,导致初始螺栓预紧力不足,发生了界面泄漏,并根据以上原因分析提出了采用齿形垫代替缠绕垫和提高螺栓预紧力的方案,解决了下法兰经常泄漏问题。     

螺栓法兰连接模糊可靠性数值计算方法

基于垫片时效泄漏模型和应力强度干涉模型建立螺栓法兰连接的模糊可靠性模型。通过对极限状态方程进行模糊化处理,得到了螺栓法兰连接模糊可靠性计算模型,将Monte-Carlo法和有限元法相结合,提出基于有限元的螺栓法兰连接模糊可靠性计算方法,并对该方法进行验证。     

内压和温度对螺栓法兰接头紧密性的影响

螺栓法兰接头失效的主要机制是泄漏。在考虑了垫片的非线性和介质内压的基础上,利用ABAQUS软件对稳态温度载荷作用下的螺栓法兰结构进行了数值模拟,研究了内压和温度对连接结构紧密性的影响。研究结果表明,垫片上的应力分布不均匀,接触压力主要集中在靠近垫片外缘的1/4闭合环带处,随着温度的升高其密封闭合环带不断的变窄,垫片的接触压力降低,从而导致连接结构的泄漏。     

压力容器法兰的设计

结合实际工程经验介绍了压力容器标准法兰的选用要点,非标法兰、无垫片焊接密封法兰和无垫片焊接密封反向法兰的设计方法。     

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。     

承压设备法兰接头预紧方法的研究

法兰连接是承压设备中普遍使用的一种连接形式,在承压设备安装过程中缺乏对法兰预紧方法的有效管理是导致法兰泄漏的主要原因之一。主要对几种常用的法兰接头预紧方法进行了分析和研究,为后续的工程实践提供科研依据。