管道双O型橡胶密封圈的防水压力分析.pdf

第5期(总第187期
中阅中王程
No 5 (Serial No 187)
2016年10月
CHINA MUNCIPAL ENGNEERNO
Oct.2016
DOl:10.3969/ J. Issn.1004-465.2016.05.010
管道双O型橡胶密封圏的防水压力分析
钟俊彬
上海市政工程设计研究总院(集团)有服公司,上海20002
摘要:采川 ANSYS有限元方法,通过对管道双の型橡胶密封圏接触压力计算,估算出橡胶密封閥防水压力。分析
承插口制造精度、管道沉降等素对防水能力的影响,为双O刑橡胶密吋圏接口的设计和试验提供参考和指导作
关键词:双O型密封圈;有限元分析;接触压力;防水分析
中图分类号:TU990.3文献标志码:A文章编号:1004-4655(2016)05-0030-03
输水管道各管节阆连接接头是管道系统的关键得出不同条件下双O型橡胶密封圈防水性能。
组成部件、接头应具备一定的抗压抗渗能力。在混1工程概况
凝土管、PCCP管等输水管道中,通过在接头处设
某长距离输水管道工程,采用PCCP管材,管
置橡胶密封圈,经压缩后形成密封条件。橡胶圈的道口径DN3000,管道试验压力要求为1.2MPas
截面有圆形、半圆形、楔形等。其中,圆形实心橡管道接?采用如图1所示的双O型橡胶密封圈。
胶密封圏具有结构简单、拆装维护方便等特点,应为确定接凵的构造形式和预估管道接凵的防水能
用较为广泛。在实际工程中常采用2道实心圆形橡力,本文采用有限元分析软件 ANSYS进行分析。
胶作为密封圈,称为双0型密封圏(见图1)
双O型橡胶圈在安装过程中,由于受到接头
插口钢环
插口和承口的约東,产生剪切和压缩变形,依靠橡
胶自身惮性,产生回复力,和承插?的接触表面形
成接触应力,实现密封防水。文献1-31表明,橡
胶密封圈接触应力和防水压力在不错缝情况下比较
接近,设计时近似把接触应力考虑为防水压力
在本文计算模型中,弹性橡胶密封采用
O型橡胶罔
P.ANF182单元,计算模型中榑与橡胶之间设置接
管道插口插∏钢环
型橡胶圈2
管道承口
触单元 TARGE169单元和 CONTA172单元,有限
图1管道双O型密封示意图
元模型见图2
目前,国内规范、标准对于管道O)型橡胶圈的
密封防水能力波有明确的计算方法,通常是通过试
验予以确定。但试验条件较为理想,不能完全反映
实际工程中各种不利因索的影响。文献1-4」个
绍橡胶圈的防水性能可以通过有限元软件进行分析
和预佔。本文在已有研究资料的基础上,以某输水
管道工程为例,利用有限元软件 ANSYS,对双O型
橡胶密封圈的安装过程进行模拟,分析其接触应力
图2有限元计算模型
将橡胶材料处理为超弹性材料,本构模型釆用
收稿日期
Mooney- Rivin模型,其应变能函数的表达式为
作者简介:钟俊彬(1973),男,高级工程师,硕士,主
要从事土木工程结构设计工作。
式中:P为应变能函数;1、2为应变不变量
万方数括
中國平x賀
钟俊彬:管道双O型橡胶密封圈的防水力分析
2016年第5期
C1o、Co为材料参数,应通过试验确定,式(1
R最大接触力
o按表1选择
表1橡胶圈 Mooney- Rivlin材料参数表
2.5
硬度
兰世
2.0
1o0201030103810.5010.805
有效接触压力
0.102
0.123
0.194
2计算结果分析
接触面
2.1接触应力
0.5
承插口安装就位后,橡胶圈接触而的应力分
0.0
303234363840424446485052
布见图3。由图3可知,双0型橡胶密封圏受压缩
接触位置/mm
时,2道胶圈的接触应力分布略有不同,最大接触
图5胶圈1下表面接触应力分布
应力发生在接触表面的中间,接触应力从接触面中
最大接触压力
有效接触压力
间向两边递减,但最大接触应力并非是密封圈防水
1.4
能力。密封圏达到某一防水能力,在其渗流面上的
接触应力在定长度范围内均大于某·值,此接
触面长度一般应≥5mm。图3中最大接触应力为
出0.8
接触面
量
3.64MPa。双O型橡胶圈共有4个渗流,只要
0.6
其中1个橡胶圏上下渗流面的有效接触成力达到
定值即可满足防渗要求。如图4~图7所示,胶圈
1上下渗流面的有效接触应力分别为1.45MPa和
10
1.51MPa,胶圈2上下渗流面的有效接触应力分
接触位置/mm
别为1.45MPa和1.25MPa。对整个接头而言,有
图6胶圈2上表面接触应力分布
效接触应力应为4个渗流面的最小值1.25MPa,1
最大接触力
即为接头的防水压力。
1.4
有效接触压力
接触面
一
00000
接触位置/mm
图3计算结果一一变形图
图7胶圈2下表面接触应力分布
最大接触压力
2.2接触应力的影响因素
有效接触压力
计算结果表明,在承插口结构形式·定的条
件下,双0型橡胶圏有效接触应力受橡胶硬度
0.8
胶圈直径、承插口间隙影响较大,其变化关系此
图8~图10。建材行业标准JC/T748-2010《预应
0.6
力与自应力混凝土管用橡胶密封圈》中橡胶阳产品
接触面
按硬度RHD分为40、50、60、70四个等级,本
0.0.
文对常用的硬度50~70进行计算。图8表明,有效
接触位置/mm
接触应力和橡胶硬度呈非线性关系,当硬度増加,
图4胶圈1上表面接触应力分布
有效接触应力增加更快。图9表明胶阳直径和有效
万方数括