V型W型不銹鋼柔性石墨纏繞墊片的結(jié)構(gòu)研究

在墊片高溫性能試驗裝置上,進行了不銹鋼柔性石墨纏繞墊片壓縮回彈性能、蠕變性能和密封性能的試驗研究,得到了表征墊片壓縮回彈特性、蠕變性能和密封性能的曲線及擬合計算公式。試驗研究結(jié)果表明,不銹鋼柔性石墨纏繞墊片的壓縮量隨試驗溫度和墊片壓緊應(yīng)力的增大而增大,墊片回彈性能隨溫度增高而下降;墊片在壓緊應(yīng)力下,常溫亦有蠕變,蠕變量隨溫度的升高而增大;墊片具有較好的密封性能,常溫下的泄漏率大多為10-4數(shù)量級,溫度低于500℃時為10-3數(shù)量級;泄漏率和墊片壓緊應(yīng)力成負指數(shù)關(guān)系,壓緊應(yīng)力越大,泄漏率越小;與溫度成指數(shù)關(guān)系,隨溫度升高泄漏率增大。

不銹鋼柔性石墨纏繞墊片的高溫性能研究

對不銹鋼柔性石墨纏繞墊片進行了常溫機械性能和密封性能的試驗研究,找出了墊片常溫密封的基本規(guī)律,提出了較好地表征該墊片壓縮回彈特性、應(yīng)力松弛特性和基本密封特性的公式,通過試驗數(shù)據(jù)的回歸分析,得到公式中的各系數(shù),為螺栓法蘭墊片連接的緊密性分析和密封件的工程選用提供了依據(jù).

在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,對寬度為5.5、6.0、6.5mm、材料為06cr18ni10的3種平鋼帶進行w形設(shè)計,然后通過性能優(yōu)化試驗,對標準4.5mm厚的w形柔性石墨不銹鋼纏繞墊片進行密封性能研究,從而找出結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)對密封性能的影響規(guī)律和最佳性能參數(shù)組合,開發(fā)出高密封性能的產(chǎn)品。

不銹鋼膨脹石墨金屬纏繞墊片以它獨特的性能而被廣泛應(yīng)用,但在換熱器浮頭蓋密封應(yīng)用中也因比壓較低,可壓縮量較大而存在一定問題。筆者從施工實際問題出發(fā),通過試驗和計算,提出了解決該問題的建議。

采用正交試驗方法研究了金屬石墨纏繞墊片結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)對墊片力學(xué)及密封性能的影響。石墨纏繞墊片的纏繞頂緊力和石墨帶厚度是影響墊片力學(xué)性能的主要參數(shù),可采用這兩個參數(shù)作為研究纏繞墊片分級制造技術(shù)的主要參數(shù)。

設(shè)計了一種新型纏繞墊片,并與v形、w形纏繞墊片成型鋼帶的壓縮變形進行了分析對比,結(jié)果表明所設(shè)計的新型纏繞墊片壓縮性能優(yōu)于w形纏繞墊片.

本文根據(jù)有關(guān)文獻所提供的關(guān)于柔性石墨纏繞墊的試驗結(jié)果，分析了其力學(xué)性能和密封性能的內(nèi)在聯(lián)系，提出了基本型墊片的“拐點”應(yīng)力計算式，建立了泄漏率、應(yīng)力、介質(zhì)壓力的關(guān)系式。

應(yīng)用有限元法研究纏繞墊片鋼帶在軸向壓力下的壓縮性能,得出鋼帶直徑和角度α對鋼帶的影響規(guī)律。結(jié)果表明,角度α為45°直徑為100mm的鋼帶在相同軸向壓力下,v形鋼帶的壓縮量最大,其他結(jié)構(gòu)鋼帶的壓縮量不足v形鋼帶的1/2,鋼帶角度α為45°時鋼帶的壓縮量隨鋼帶直徑的增大而增大,并在直徑達到100mm后趨于穩(wěn)定值;在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)一定時,鋼帶的壓縮量隨鋼帶角度α的增大而增大,除m形鋼帶外,各鋼帶隨角度的增大其軸向承載能力也減小。

針對傳統(tǒng)金屬纏繞墊片的不足,本文研發(fā)出既滿足纏繞墊片獨特的優(yōu)良性能,又具備整體墊片的剛性結(jié)構(gòu)的新型h型復(fù)合纏繞墊片,解決了現(xiàn)有的v型或w型金屬纏繞墊片的抗變形能力差,易發(fā)生散架和壓潰的問題現(xiàn)象;提高了墊片在高壓下的承受能力,從而保證了產(chǎn)品有足夠的回彈性,減少了密封泄漏率.在低壓下,起到了初始密封的效果,拓展了纏繞墊片在低壓下的應(yīng)用范圍.

建立了纏繞墊片成型鋼帶受軸向壓縮時的力學(xué)模型,對幾種成型鋼帶的壓縮變形進行了理論計算,并進行了分析討論。

金屬纏繞墊片的結(jié)構(gòu)材料： 填充料鋼帶內(nèi)環(huán)外環(huán) 石棉纏繞sus304碳鋼碳鋼 石墨纏繞sus316sus304sus304 四氟纏繞sus316lsus316sus316 sus316lsus316l 填充料溫度(°c)最大操作壓力(kg/cm2) 石墨纏繞-200~550250 石棉纏繞-150~450100 四氟纏繞240~260100 下表用于對內(nèi)環(huán)及纏繞金屬的材質(zhì)選擇: 商品名aisi硬度(hb/hv)溫度(°c) 不銹鋼304304130~180-250~+550 不銹鋼316316130~180-100~+550 不銹鋼316l316l130~190-100~+550 外環(huán)通常由經(jīng)防腐蝕處理的碳鋼組成。法蘭種類及纏繞墊片形式: 法蘭種類纏繞墊片形狀

本文在現(xiàn)有文獻研究的基礎(chǔ)上,進一步對帶內(nèi)外加強環(huán)的柔性石墨纏繞墊密封系統(tǒng)的設(shè)計進行了探討,提出了有關(guān)建議。

設(shè)計了一種新型纏繞墊片——耳環(huán)式纏繞墊片,對于外環(huán)寬度大于25mm的纏繞墊片,設(shè)計出一種耳式外環(huán),并將環(huán)的寬度統(tǒng)一定為25mm,給出了結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,并進行了強度計算。結(jié)果表明,耳式外環(huán)最大應(yīng)力處于外環(huán)內(nèi)徑處;耳式外環(huán)能滿足強度要求,且省料和備料方便,可以在煨環(huán)機上煨制,安裝時更加容易。

一臺固定管板式預(yù)加熱器,其管箱法蘭為帶加熱槽、密封墊片為雙纏繞墊片形式。作者針對此法蘭的特殊情況探索出了一種簡便易行的設(shè)計計算方法,可供同行參考。

常規(guī)300系列不銹鋼纏繞墊光譜分析要依次檢驗依波長λ_(mn)473.9nm→λ_(cr)492.228nm→λ_(ti)499.95nm→λ_(ni)503.54nm→λ_(mo)603.06nm順序進行光譜線強度評定,需要轉(zhuǎn)換鼓輪5次以上,在同一激發(fā)點的時間要達到5min以上。引入540～570區(qū)間,λ_(cr)562.5nm、λ_(mn)551.68nm、λ_(ni)547.69nm、λ_(mo)553.31nm、λ_(ti)551.25nm在同一激發(fā)點只要10～15s時間即可完成纏繞墊的檢測,實現(xiàn)“一目了然”的操作,即觀察一眼就可確定316、321、304的材質(zhì)牌號。優(yōu)點:快速、無損、準確。

建立波齒結(jié)構(gòu)力學(xué)模型。選用厚度2．0mm鋼板，波齒結(jié)構(gòu)設(shè)計采用三種圓弧半徑r、三種深度危和三種齒尖平臺寬度l，柔性石墨復(fù)合層厚度為0．5mm，以gb／t19066．3—2003中規(guī)定的試樣規(guī)格（4,120．5mm×84．5mm×3．0mm）進行三因子三水平壓縮一回彈性能優(yōu)化試驗研究。從而找出影響該墊片性能的重要參數(shù)及其參數(shù)對性能的影響規(guī)律，找出性能最佳參數(shù)組合，開發(fā)高性能產(chǎn)品，為生產(chǎn)實際提供試驗依據(jù)。

以一臺u形管式a型換熱器在進行殼程水壓試驗時管板與殼體法蘭凹面間纏繞墊片被壓出泄漏為事例,針對選擇低公稱壓力等級的纏繞墊片用在高設(shè)計壓力的凹凸面法蘭接頭密封的影響因素,從墊片最小寬度、法蘭凹凸密封面尺寸偏差、墊片與法蘭裝配以及纏繞墊片特性等方面進行了分析,提出了在設(shè)計計算法蘭時應(yīng)考慮墊片最小寬度的合理確定并修訂完善相關(guān)標準的建議。

論述了柔性石墨復(fù)合增強墊片的基本結(jié)構(gòu)、冶金管道系統(tǒng)的應(yīng)用和性能特點。研究表明柔性石墨復(fù)合增強墊片具有良好的壓縮回彈性能、密封性能和耐熱性能,適合石油、化工、金屬冶煉等高溫高壓行業(yè)使用。

大化肥管線中不銹鋼纏繞墊的檢測

墊片的蠕變-應(yīng)力松弛特性對螺栓法蘭密封連接系統(tǒng)的可靠性有顯著的影響。作者按照gb/t19066.3的實驗條件對標準規(guī)格為d65.5mm×50.5mm×2.5mm3種不同幾何尺寸的金屬(06cr19ni10+柔性石墨)波齒復(fù)合墊片進行蠕變-應(yīng)力松弛實驗研究,從而找出應(yīng)力松弛特性影響因素及其規(guī)律,為工程實踐提供科學(xué)指導(dǎo)。

采用有限元和實驗方法對柔性石墨波齒復(fù)合墊片的壓縮回彈性能進行研究,結(jié)果表明:柔性石墨波齒復(fù)合墊片存在一個最佳波數(shù);墊片的壓縮率和回彈率隨波齒深度的增大而增大,但回彈率的增長幅度大于壓縮率;墊片石墨層的性能對于墊片壓縮回彈性能的影響較大,合理地選擇石墨對于生產(chǎn)合格優(yōu)質(zhì)的墊片意義重大。