螺栓-法蘭連接緊密性理論的彈性墊圈優(yōu)化設(shè)計(jì)

法蘭設(shè)計(jì)-螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)

現(xiàn)行金屬墊片的設(shè)計(jì)以墊片系數(shù)或線密封比壓為依據(jù),主要針對(duì)法蘭強(qiáng)度問(wèn)題,而沒(méi)有定量泄漏和緊密性的概念,因此無(wú)法從理論上說(shuō)明連接是否緊密。在金屬墊片變截面泄漏通道的泄漏率計(jì)算公式、接觸應(yīng)力分布的解析算法以及連接結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)分析的基礎(chǔ)上,建立連接系統(tǒng)的緊密性分析方法。實(shí)例分析表明:通過(guò)增加墊片應(yīng)力(即提高螺栓載荷),可降低連接的泄漏率,但當(dāng)墊片應(yīng)力水平較高時(shí),效果并不顯著。對(duì)于密封性要求高的連接,可以采用表面較光滑的墊片。以最大允許泄漏率為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)方法與以強(qiáng)度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的規(guī)范設(shè)計(jì)方法相結(jié)合,有可能發(fā)展成為一種新的密封連接設(shè)計(jì)方法。

fpr（玻璃鋼）法蘭連接螺栓長(zhǎng)度 磅級(jí)管徑管插入深度（ds）fpr法蘭厚度a105法蘭厚度螺栓個(gè)數(shù)fpr-a105螺栓fpr-fpr螺栓fpr-單向閥-fprfpr-蝶閥-fpr 150lb2＂4650.819.545/8＂×4.5＂5/8＂×5.75＂5/8＂×8.25＂5/8＂×7.5＂ 150lb3＂4650.823.545/8＂×4.75＂5/8＂×5.75＂5/8＂×8.75＂5/8＂×7.75＂ 150lb4＂4650.823.585/8＂×4.75＂5/8＂×5.75＂5/8＂×8.75＂5/8＂×8＂ 150lb6＂5760.45225.583/4＂×5.50＂3/4＂×6.75＂3/4＂×10.75＂3/4＂×9.25＂ 150lb8＂

螺栓法蘭結(jié)構(gòu)以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、可靠性性能優(yōu)良的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空航天、核能等工業(yè)領(lǐng)域中。在連接面處,由于預(yù)緊力、摩擦力、拉壓受力分布不均使得螺栓連接的工作狀態(tài)相對(duì)復(fù)雜。本文首先介紹螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn)的接觸、摩擦等工程現(xiàn)象和對(duì)該類(lèi)問(wèn)題的研究思路,然后對(duì)螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)相關(guān)研究成果進(jìn)行介紹,最后對(duì)該結(jié)構(gòu)特性研究進(jìn)行總結(jié)與展望。

文章編號(hào):1007-967x(2005)03-0046-03 法蘭連接中的螺栓預(yù)緊力 葉紅,顏廷武,劉元?jiǎng)?(沈陽(yáng)石蠟化工有限公司,遼寧沈陽(yáng)11014) 摘要:法蘭連接中螺栓的預(yù)緊力,要滿足法蘭接頭在操作時(shí)不發(fā)生泄露。敘述了螺栓從預(yù)緊狀 態(tài)到操作狀態(tài)過(guò)程中法蘭接頭的變化。預(yù)緊力應(yīng)是考慮了內(nèi)壓作用和墊片在升壓過(guò)程中 松弛的綜合結(jié)果。 關(guān)鍵詞:法蘭;螺栓;預(yù)緊力;計(jì)算 中圖分類(lèi)號(hào):th131.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a 1概述 由于生產(chǎn)操作上的需要及制造、安裝、檢修、運(yùn) 輸?shù)姆奖?各工業(yè)部門(mén)的容器或管道經(jīng)常做成可拆 卸的。采用了可拆卸連接后,保證聯(lián)接口密封的可 靠性,成為決定工業(yè)生產(chǎn)能否正常運(yùn)行的必要條件。 螺栓連接的法蘭接頭是一種應(yīng)用極為廣泛的結(jié) 構(gòu),它屬于強(qiáng)制密封,依靠聯(lián)接件通過(guò)被聯(lián)接件強(qiáng)制 擠壓密封元

比較了兩種主要的螺栓———法蘭連接結(jié)構(gòu)-主螺栓連接和抗剪螺栓連接在結(jié)構(gòu)方面的特點(diǎn);提出了一種新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的d形抗剪螺栓結(jié)構(gòu);探討了高壓密封結(jié)構(gòu)中d形抗剪螺栓的設(shè)計(jì),并與普通拉伸螺栓、一般抗剪螺栓的設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明d形抗剪螺栓連接結(jié)構(gòu)裝拆迅速、連接安全、密封可靠,可應(yīng)用于經(jīng)常裝拆的高壓容器或管道的密封連接。

所建立的參數(shù)化三維有限元模型,充分考慮了法蘭螺栓聯(lián)接系統(tǒng)的應(yīng)力集中、墊片材料非線性特性以及各元件的接觸非線性,研究了螺栓法蘭連接系統(tǒng)各元件之間的相互作用,分析了預(yù)緊力、密封介質(zhì)內(nèi)壓力等因素對(duì)墊片應(yīng)力的影響。結(jié)果表明墊片應(yīng)力在徑向隨著節(jié)點(diǎn)半徑的增大而增大,隨著預(yù)緊力的增大而增大,隨著內(nèi)壓力的增大而減小,在周向螺栓附近的應(yīng)力明顯大于其它處應(yīng)力。當(dāng)墊片最外側(cè)應(yīng)力低于了密封所要求的最低應(yīng)力時(shí),螺栓法蘭連接系統(tǒng)發(fā)生泄露。

利用有限元軟件abaqus建立了螺栓法蘭連接系統(tǒng)的實(shí)體模型,采用熱結(jié)構(gòu)耦合分析方法,研究了法蘭公稱直徑為100mm的螺栓法蘭系統(tǒng)的溫度場(chǎng)及其應(yīng)力場(chǎng),以及在預(yù)緊力和溫度梯度操作條件下螺栓等效應(yīng)力、軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和切向應(yīng)力的變化關(guān)系.結(jié)果表明,溫度場(chǎng)對(duì)螺栓軸向兩端的應(yīng)力影響較大,當(dāng)內(nèi)壁溫度為100℃時(shí)螺栓頭靠近法蘭一側(cè)的等效應(yīng)力增加了250mpa,螺栓上靠近法蘭一側(cè)的螺紋的等效應(yīng)力增加100mpa,而溫度場(chǎng)對(duì)螺栓遠(yuǎn)離法蘭一側(cè)的螺紋的應(yīng)力影響很小,說(shuō)明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮熱應(yīng)力對(duì)靠近法蘭一側(cè)的螺紋與螺栓頭的影響.

法蘭連接中螺栓擰緊力矩的計(jì)算

對(duì)壓力管道法蘭連接中螺栓的受力、預(yù)緊力的計(jì)算方法進(jìn)行了分析,研究了墊片的密封性能,包括基本密封特性、壓力-回彈特性、墊片的厚度和寬度效應(yīng)。得出了法蘭連接時(shí),連接點(diǎn)的泄漏與螺栓預(yù)緊力、密封面狀態(tài)、使用工況、墊片等有關(guān)的結(jié)論。

本文提出螺栓法蘭連接的緊密性概念,針對(duì)螺栓法蘭連接長(zhǎng)時(shí)間在高溫條件下會(huì)失效的問(wèn)題,對(duì)法蘭連接的三個(gè)主要部件作了失效分析,從理論上提出了相應(yīng)的措施以降低因連接失效造成的損失。

根據(jù)螺栓法蘭連接系統(tǒng)的模糊性、連接系統(tǒng)的主要故障及其失效原因,建立以連接系統(tǒng)泄漏失效為頂事件的故障樹(shù).依據(jù)模糊集理論,基于基本事件發(fā)生概率的三角模糊分布,對(duì)所建立的故障樹(shù)進(jìn)行了模糊分析.采用fussel算法得到了頂事件的最小割集,求取了頂事件的模糊概率及不同置信水平下頂事件的隸屬函數(shù);將模糊重要度中值分析法引入螺栓法蘭連接系統(tǒng)的故障樹(shù)分析中,獲得了頂事件最小λ截集水平下的各基本事件的模糊重要度,得到影響連接系統(tǒng)泄漏失效行為的重要因素,并給出相應(yīng)的泄漏預(yù)防與控制策略.

筆者于2012年5月對(duì)株洲某公園的游樂(lè)設(shè)施進(jìn)行定期檢驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)"飛龜"旋轉(zhuǎn)臂法蘭處有一連接螺栓斷裂。經(jīng)過(guò)向設(shè)備經(jīng)營(yíng)管理者了解,這并不是這個(gè)位置螺栓的第一次斷裂,設(shè)備總共才運(yùn)營(yíng)了一年多,已經(jīng)發(fā)生過(guò)好幾次。雖然這次的設(shè)備缺陷沒(méi)有造成重大的傷亡事故。因?yàn)槟硞€(gè)螺栓的斷裂影響到整個(gè)法蘭的

法蘭連接

法蘭連接.

法蘭連接

對(duì)金屬墊圈的密封性能進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)研究，測(cè)定了墊圈預(yù)緊密封比壓參數(shù)ｙ和墊圈系數(shù)ｍ值，并與ａｓｍｅ規(guī)范值進(jìn)行了對(duì)比。采用ａｂ試驗(yàn)方法，對(duì)墊圈的典型密封特性進(jìn)行了研究。此外，通過(guò)對(duì)法蘭連接系統(tǒng)的整體分析，得出了從安裝狀態(tài)到操作條件下螺栓載荷的變化規(guī)律。在上述基礎(chǔ)上，討論了一種新的密封設(shè)計(jì)方法，并給出有關(guān)計(jì)算式。

法蘭連接 (2)

在城網(wǎng)線路建設(shè)中,鋼管桿得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)鋼管桿法蘭連接所采用各級(jí)螺栓的設(shè)計(jì)比較,提出可以放心應(yīng)用8．8級(jí)高強(qiáng)螺栓。總結(jié)了高強(qiáng)螺栓在應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。

. '. 彈性墊圈技術(shù)條件彈簧墊圈specificationsforspringwasherssinglecoilspringlockwashers gb94.1-87 主要內(nèi)容 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彈簧墊圈的技術(shù)條件 引用標(biāo)準(zhǔn) gb1222彈簧鋼 gb5222彈簧墊圈用梯形鋼絲 gb1220不銹鋼棒 gb4431硅青銅棒 gb230金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法 gb231金屬布氏硬度試驗(yàn)方法 gb90緊固件驗(yàn)收檢查，標(biāo)志與包裝 技術(shù)要求 材料，熱處理和表面處理按表一規(guī)定 材料 熱處理表面處理 種類(lèi)牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) 彈簧鋼 65mn 70 60si2mn gb1222 gb5222 淬火并回火 hrc42~50 氧化 磷化 鍍鋅鈍化 不銹鋼 3cr13 gb1220---- 1cr18ni9ti 銅及合金qsi3-1gb

在考慮連接結(jié)構(gòu)承受外彎矩作用和螺栓、法蘭及墊片蠕變的基礎(chǔ)上,建立高溫螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)分析方程,采用解析方法研究連接結(jié)構(gòu)承受外彎矩和蠕變對(duì)連接結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響。結(jié)果表明,外彎矩作用下,受拉側(cè)的法蘭轉(zhuǎn)角增大,螺栓伸長(zhǎng)量減小,墊片應(yīng)力增大;受壓側(cè)的情況則相反。在相同的工作條件下,考慮蠕變時(shí),溫度越高,法蘭轉(zhuǎn)角、法蘭變形量和墊片應(yīng)力減小幅度越大。外彎矩引起的墊片受拉側(cè)應(yīng)力下降和元件的蠕變是連接結(jié)構(gòu)密封失效的重要原因。

本文以強(qiáng)度可靠度為約束,對(duì)法蘭螺栓聯(lián)接進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).文中提出采用辛卜生數(shù)值積分較好地處理了正態(tài)分布數(shù)值表,從而將優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合起來(lái).在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的法蘭螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì),可在滿足一定強(qiáng)度可靠度的同時(shí),迅速取得一組最佳結(jié)構(gòu)參數(shù),其設(shè)計(jì)方法具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.