[發(fā)明專利]一種非勻質(zhì)墊片的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

無效

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• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN103016866A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉麟;張鎖龍;宋敏霞;王沖;廖坤
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種使用非勻質(zhì)墊片作為密封元件的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。屬于密封技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

螺栓法蘭連接廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活，是過程工業(yè)裝備中最主要的連接形式，其失效形式表現(xiàn)為泄漏和強(qiáng)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(jié)構(gòu)起到密封作用的關(guān)鍵元件，其對于螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的緊密性起到至關(guān)重要的作用。按照墊片材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式，可將墊片分為勻質(zhì)墊片和非勻質(zhì)墊片：勻質(zhì)墊片是指墊片整體結(jié)構(gòu)的材質(zhì)由內(nèi)徑到外徑都是由均一材質(zhì)構(gòu)成，比如非石棉橡膠板墊片、聚四氟乙烯墊片等；非勻質(zhì)墊片是指墊片整體結(jié)構(gòu)材質(zhì)組成由兩種或兩種以上材料構(gòu)成，比如不銹鋼柔性石墨纏繞墊、波齒復(fù)合墊等。?

各種非勻質(zhì)墊片因其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)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(fā)生壓潰。非均質(zhì)墊片一旦發(fā)生壓潰失效，由于其自身的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能將發(fā)生重大改變，如加強(qiáng)環(huán)脫落、金屬和非金屬帶分離，整體壓縮回彈性能喪失，則墊片無法起到密封作用，此時，認(rèn)為非勻質(zhì)墊片發(fā)生失效。?

螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)在使用非勻質(zhì)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(yīng)力超過自身的抗壓極限而發(fā)生壓潰，非勻質(zhì)墊片有可能發(fā)生沖出等現(xiàn)象，此時螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的緊密性將無法等到保證。?

現(xiàn)行的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計方法大多以墊片系數(shù)m和預(yù)緊密封比壓y為依據(jù)，以螺栓和法蘭的強(qiáng)度為設(shè)計準(zhǔn)則對螺栓法蘭連接進(jìn)行設(shè)計。所有這些設(shè)計方法并未充分考慮連接結(jié)構(gòu)元件尤其是墊片的力學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，進(jìn)而忽略非勻質(zhì)墊片自身特性對連接結(jié)構(gòu)整體密封性態(tài)的影響。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題為在螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，使用非勻質(zhì)墊片作為密封元件時，同時考慮所設(shè)計的連接結(jié)構(gòu)的緊密性、附加彎矩及墊片壓潰極限等因素，提出一種使用非勻質(zhì)墊片作為密封元件的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，給出計算實(shí)例并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。?

本發(fā)明是采取以下技術(shù)方法來實(shí)現(xiàn)的。?

(1)均質(zhì)墊片的強(qiáng)度失效判據(jù)?

非均質(zhì)墊片在使用過程中，由于螺栓載荷過大或工況條件出現(xiàn)大點(diǎn)的波動時，墊片承受的應(yīng)力有可能超過墊片自己所能承受的極限壓力，非勻質(zhì)墊片一旦發(fā)生壓潰，其自身的結(jié)構(gòu)?和力學(xué)性能將發(fā)生重大改變，整體回彈性能喪失，墊片無法起到繼續(xù)的密封作用。若非勻質(zhì)墊片在工作條件下不發(fā)生壓潰時所允許的最大應(yīng)力為依據(jù)螺栓法蘭連接變形協(xié)調(diào)條件計算得到的墊片最大應(yīng)力為S_Gmax，則其失效判據(jù)為：?

SGmax>[SG]gt---(1)]]>

對于采用非均質(zhì)墊片的螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計，墊片在工作條件下不發(fā)生壓潰時所允許的最大應(yīng)力為若計算得到的墊片外緣最大應(yīng)力大于壓潰應(yīng)力，即則墊片發(fā)生壓潰，此時認(rèn)為墊片將發(fā)生失效，無法滿足連接結(jié)構(gòu)緊密性的要求。?

(2)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的緊密性失效判據(jù)?

螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)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(guī)定的指標(biāo)泄漏率；或者在某一規(guī)定的泄漏率指標(biāo)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(shí)際工況要求。滿足上述條件的連接是緊密的，反之則認(rèn)為是不緊密的。?

在進(jìn)行螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)設(shè)計時，選定法蘭、螺栓、墊片的種類、尺寸、材料后，已知墊片預(yù)緊應(yīng)力S_K、介質(zhì)壓力p、溫度T、外彎矩M等，可以求出連接結(jié)構(gòu)的泄漏率L_R。連接結(jié)構(gòu)緊密性的失效判據(jù)可表示為：?

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

式中，L_max為連接結(jié)構(gòu)的最大允許泄漏率。?

本發(fā)明專利的有益效果是：?