非金属垫片螺栓法兰连接寿命评价.pdf

2011年 3月 润滑与密封
第 36 卷第 3期 V ol.36 No.3
非 金 属 垫 片 螺 栓 法 兰 连 接寿命评 价
孙 振 国 顾 伯勤
南 京 工 业 大 学机械与 动 力 工程学院 江 苏南 京 210009檿
摘要 分析非金属垫片 密封 的 时 效 特性 考 虑 高 温 条件下 材料 退 化 和 垫片 载 荷 松 弛 过 程 对 密封 性能 的影响 依 据
檿 檿
多孔 介 质理 论 , 建 立非金属垫片 密封 的 时 效 泄漏 模 型 。 将 螺 栓法 兰 连接系 统 寿命 划 分 为 密封 寿命 和 部 件寿命 。 提 出密封
檿 檿
檿 寿命 试 验 方法 , 在 考 虑 垫片 泄漏 特性 变 化 的 基 础 上 , 基于 指 标 泄漏 率 分析 螺 栓法 兰 连接系 统 密封 寿命 ;基于 蠕 变 和 疲劳檿
损 伤 准 则 分析 高 温 螺 栓 的 剩 余 寿命 , 探 讨 螺 栓法 兰 连接系 统 的 密封 寿命 和各 部 件寿命 之 间 的 关 系 。 建 立 螺 栓法 兰 连接系檿
统 的 寿命预测 最 弱 环 模 型 , 将 垫片 的 变 形 特性 和 泄漏 特性 统 于 螺 栓法 兰 连接系 统 中 进 行 研究 , 提 出 基于 指 标 泄漏 率 和檿
结构 完 整 性 的螺 栓法 兰 连接系 统 寿命 评价 方法 。檿
关键词 :螺 栓法 兰 连接 ;寿命预测 ;泄漏 ;结构 完 整 性
中 图分类 号 文献 标 识码 文章 编号
螺 栓法 兰 垫片连接 在压 力 容 器 和 管 道 中 的 应 用 非 泄漏 率 计 算 且 泄漏 与 时 间 无 关 文 献 所提 出
常 广 泛 , 生 产 系 统 的 安 全 性 和 可 靠 性 很 大 程 度 上 取 决 的 泄漏 模 型 考 虑了 高 温 条件下垫片 材料 的 退 化 , 但 没
于连接结构 密封 的有 效 性 。 随着 现 代 石 油 、 化 工 、 能 。
有 分析垫片 载 荷 松 弛 历 程 对 密封 性能 的影响 文 献
源 和 航 天 及 深 海 技术 向着 大 型 化 、 高 参 数方 向 发 展 ,
4 提 出 了 种 基于 蠕 变 的螺 栓法 兰 连接系 统 寿命
对螺 栓法 兰 连接系 统 提 出 了 愈 来 愈 高 的 要 求 研究 螺 预测方法 , 但 未 考 虑 垫片 密封 的 时 效 特性 。 迄 今 为
栓法 兰 连接系 统 的 寿命 评价 技术 对 于 装置 可 靠 性 维 ,
止 对 静 密封 系 统 的 寿命 研究 局限 于垫片寿命 的 评
修 策 略 的 制 定 消 除 安 全 隐 患 避免 恶 性 事 故 发 生
价 , 而 将 垫片 的 变 形 特性 和 泄漏 特性 统 到 整 个
保 证装置长 周 期 安 全 运 行 具 有 重 要意义 。 现 有的 泄漏
连接系 统 中 进 行 分析 考 虑 系 统 各 部 件寿命 之 间 的 关
模 型 如 平 圆 板 模 型 、 三 角 沟槽 模 型和 多孔 介 质 模
联 , 对 整 个 系 统 的 寿命 进 行 表征 和 评价 的 研究 鲜 见 于
型 等 大多 仅仅 适 合于 常 温 下 流 体 在 密封 间 隙 中 的
报 道 本 文 作者 分析 了 非金属垫片 密封 的 时 效 特性
考 虑了 高 温 条件下 材料 退 化 和 垫片 载 荷 松 弛 历 程 对 密
基金项 目 国 家自 然科学 基金 项目 教 育 部 博 士
封 性能 的影响 以及 系 统 密封 寿命 和 部 件寿命 之 间 的 关
点 基金 项目 20070291004;江 苏 省 普 通高 校 研究 生 科研创新
联 建 立 了 基于 多孔 介 质理 论 的 非金属垫片 的 密封 时
基金 项目 CX09B 128Z.
效 泄漏 模 型和螺 栓法 兰 连接系 统 寿命预测模 型 , 提 出
收稿日 期
了 基于 指 标 泄漏 率 和 结构 完 整 性 的螺 栓法 兰 连接系 统
作者简介 :孙 振国 1983 , 男 , 博 士研究 生 , 主 要 从事 流 体
. E-mail:z henguosun01163.com. 寿命 评价 方法
工程与 流 体 密封技术 的 研究M ar. 2011
2011年 3月 润滑与密封
第 36 卷第 3期 V ol.36 No.3
润滑与密封 第 卷
非 金 属 垫 片 密封 时 效 泄漏 模型 式 中 为 垫片 的有 效 密封 宽 度
非金属垫片 材料 性能 在 工 况 下 的 退 化 实 际 上 是 B 、 C 、 n 、 n 、 α 、 β 为 回 归 系数 ;S 为 垫片初 始
非 金 属 垫 片 螺 栓 法 兰 连 接寿命评 价
种 在热 和 氧 共 同 作 用 下 发 生 的 化 学 反应 其 反应 速 度 安 装 应 力 。
温与 度 存 在 着 紧 密 的 关 系 可 用 方 程 来 表 述 垫片 残 余 压 紧 应 力 是 影响 连接系 统 密封 特性 的 主
孙 振 国 顾 伯勤 。 、 、
要 因素 螺 栓 法 兰 垫片 材料 的 蠕 变 和 应 力 松 弛 均
式 中 :U为 反应 过 程 的 活 化能 ;R 为 气 体 常 数 ;T为
南 京 工 业 大 学机械与 动 力 工程学院 江 苏南 京 210009 ,
会 引起 垫片 载 荷随 时 间 发 生 变 化 因 此 为 了 更 加 准确檿
反应 温 度 ;A为 与温 度 无 关 的 常 数 ;B UR。
评价 连接系 统 的 时 效 泄漏 率 必须 研究 垫片 残 余 应 力
摘要 分析非金属垫片 密封 的 时 效 特性 考 虑 高 温 条件下 材料 退 化 和 垫片 载 荷 松 弛 过 程 对 密封 性能 的影响 依 据
檿 檿
垫片 的 蠕 变 松 弛 、 残 余 压 紧 应 力 减 小 、 回 弹 率 减
随 时 间 的 载 荷 变 化 历 程 。 垫片 的 松 弛 是 螺 栓法 兰 连接
多孔 介 质理 论 , 建 立非金属垫片 密封 的 时 效 泄漏 模 型 。 将 螺 栓法 兰 连接系 统 寿命 划 分 为 密封 寿命 和 部 件寿命 。 提 出密封
檿 檿
小 以及 流 体 泄漏 通 道 数量 和尺寸的 增 加 都 会 导 致 泄漏
系 统 各 部 件 共 同 作 用 的 结 果 , 满 足 定 的 变 形 协 调 方
檿 寿命 试 验 方法 , 在 考 虑 垫片 泄漏 特性 变 化 的 基 础 上 , 基于 指 标 泄漏 率 分析 螺 栓法 兰 连接系 统 密封 寿命 ;基于 蠕 变 和 疲劳檿
檿率 的 增 加 它 们 各 与 定 的 失 效 机 制相 联 系 故 根 据檿
损 伤 准 则 分析 高 温 螺 栓 的 剩 余 寿命 , 探 讨 螺 栓法 兰 连接系 统 的 密封 , 寿命 和各 部 件寿命 之 间 的 关 系 。 建 立 螺 栓法 兰 连接系 ,
程 在 螺 栓法 兰 连接结构 力 学 分析 的 基 础 上 可檿
M ax w ellian , 2 檿
衰 减 模 型 可 采 用 式 描 述 垫片 材料
统 的 寿命预测 最 弱 环 模 型 , 将 垫片 的 变 形 特性 和 泄漏 特性 统 于 螺 栓法 兰 连接系 统 中 进 行 研究 , 提 出 基于 指 标 泄漏 率 和
建 立 考 虑 系 统 蠕 变 的螺 栓连接