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高温下法兰连接紧密性分析

法兰 钢都市 326℃ 0评论

法兰密封的研究是容器、管道连接的关键内容,工作在高温高压下的法兰连接系统,垫片处于高应力状态,长期服役会使得法兰连接件材质劣化,力学性能下降,在连接接头处易发生泄漏,导致密封失效。因此,高温高压下法兰连接的紧密性分析的研究是当前的热点之一。本文通过数值模拟方法对高温稳态温度场及内压联合作用下法兰连接结构应力场、温度场、耦合场及系统刚度等问题进行了分析,探讨了不同温度及压力波动工况下密封性能的变化,并对其密封性能进行评估。

主要包括:

(1)在法兰结构简化及变形假设基础上,将法兰系统作为一个整体,对其进行详细的载荷-变形分析,得出力矩平衡方程和系统变形协调方程。

(2)考虑八角垫片非线性接触问题,利用有限元ANSYS软件建立了法兰连接系统的三维力学模型,并进行预紧工况和承压工况的有限元分析计算,得到其应力场分布和变形规律,承压下垫片上的应力减小,周向应力分布较均匀,径向应力分布不均。

(3)根据传热学理论建立法兰三维传热学模型,并进行其稳态温度场及热-结构耦合场的有限元计算,得到高温下温度场分布及稳态热应力分布,分析了法兰、垫片及螺栓在高温下的行为,耦合场中法兰各连接件应力普遍增大。

(4)对法兰连接系统进行刚度分析,得出不同温度下法兰位移及转角的变化规律,并对高温高压下稳态温度场中法兰接头进行紧密性评估,得出在稳态温度场中法兰接头密封性可靠,八角垫片处于高屈服状态,长时间工作会使得垫片材质发生劣化,从而导致密封失效,为长期工作在高温高压下的法兰连接系统失效原因提供可靠依据。

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