[發明專利]一種勻質墊片的螺栓法蘭連接結構設計方法

無效

• 申請號: 201210419078.8
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102927385A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 劉麟;張鎖龍;宋敏霞;王沖;廖坤
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: F16L23/18
• 分類號: F16L23/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種使用勻質墊片作為密封元件的螺栓法蘭連接結構設計方法。屬于密封技術領域。?

背景技術

螺栓法蘭連接廣泛應用于工業、農業、國防和日常生活，是過程工業裝備中最主要的連接形式，其失效形式表現為泄漏和強度失效，其中泄漏是其主要的失效形式。?

墊片作為螺栓法蘭連接結構起到密封作用的關鍵元件，其對于螺栓法蘭連接結構的緊密性起到至關重要的作用。按照墊片材質和結構形式，可將墊片分為勻質墊片和非勻質墊片：勻質墊片是指墊片整體結構的材質由內徑到外徑都是由均一材質構成，比如非石棉橡膠板墊片、聚四氟乙烯墊片等；非勻質墊片是指墊片整體結構材質組成由兩種或兩種以上材料構成，比如不銹鋼柔性石墨纏繞墊、波齒復合墊等。?

各種勻質墊片因其材質、結構和尺寸的不同，均有一定的抗壓極限，超過其自身的極限壓力之后，墊片將發生壓潰，而后墊片應力將在未壓潰部分重新分布，而原本在有效密封寬度之外的墊片低應力作用區域將起到密封作用。?

螺栓法蘭連接結構在使用勻質墊片的過程中，因螺栓載荷過大或工作條件苛刻等因素的作用，有可能使墊片應力超過自身的抗壓極限而發生壓潰，此時螺栓法蘭連接結構的緊密性將無法等到保證。?

現行的螺栓法蘭連接結構設計方法大多以墊片系數m和預緊密封比壓y為依據，以螺栓和法蘭的強度為設計準則對螺栓法蘭連接進行設計。所有這些設計方法或未將連接結構的泄漏率作為設計依據，或未充分考慮連接結構元件的力學和密封特性，進而忽略了緊密性和墊片自身特性對連接結構整體密封性態的影響。?

發明內容

本發明所解決的技術問題為在螺栓法蘭連接結構設計過程中，使用勻質墊片作為密封元件時，同時考慮所設計的連接結構的緊密性、附加彎矩及墊片壓潰極限等因素，提出一種使用勻質墊片作為密封元件的螺栓法蘭連接結構設計方法，給出計算實例并進行實驗驗證。?

本發明是采取以下技術方法來實現的。?

(1)均質墊片的強度失效判據?

均質墊片發生壓潰后，墊片應力將在未壓潰部分重新分布，而原本在有效密封寬度之外的墊片低應力作用區域將起到密封作用。理論上墊片允許壓潰的寬度是墊片接觸寬度與有效密封寬度之差，但是考慮到連接結構的安全可靠性，并通過對均質墊片有效密封寬度分布規?律的研究，取安全系數為0.6，則認為墊片允許壓潰寬度[l_g]_max可由下式計算：?

[l_g]_max＝0.6(N-l)????????????????????(1)?

式中，N為墊片的實際接觸寬度，l為墊片的有效密封寬度，對于采用均質墊片的螺栓法蘭連接結構的設計，墊片在工作條件下不發生壓潰時所允許的最大應力為若計算得到的墊片外緣最大應力大于壓潰應力，即則墊片發生壓潰。若壓潰部分墊片寬度小于允許的壓潰寬度，即l_g＜[l_g]_max，則認為該墊片仍可使用，反之則認為該墊片強度失效。?

(2)螺栓法蘭連接結構的緊密性失效判據?

螺栓法蘭連接結構的緊密性可以通過泄漏率的大小來評定，其定義為：在一定的操作條件下，連接的泄漏率低于某一規定的指標泄漏率；或者在某一規定的泄漏率指標下，密封連接能夠承受的最高操作條件如溫度、壓力等滿足實際工況要求。滿足上述條件的連接是緊密的，反之則認為是不緊密的。?

在進行螺栓法蘭連接結構設計時，選定法蘭、螺栓、墊片的種類、尺寸、材料后，已知墊片預緊應力S_K、介質壓力p、溫度T、外彎矩M等，可以求出連接結構的泄漏率L_R。連接結構緊密性的失效判據可表示為：?

L_R＞L_max????????????????????????????(2)?

式中，L_max為連接結構的最大允許泄漏率。?

本發明專利的有益效果是：?