柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片金屬骨架結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能研究

介紹了波齒復(fù)合墊片的結(jié)構(gòu)特點、密封機理和性能特點。總結(jié)了對波齒復(fù)合墊片各方面的研究成果以及波齒復(fù)合墊片在石化裝置中的應(yīng)用,提出現(xiàn)在亟待解決的問題是墊片的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。開展波齒復(fù)合墊片在各種應(yīng)用場合的研究對于保障企業(yè)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行具有重要的價值和意義。

以dn50和dn80兩種規(guī)格的石墨金屬波齒復(fù)合墊片為研究對象,采用有限元分析方法分析了其在2.5mpa壓力作用下的應(yīng)力分布,從而了解其密封性。結(jié)果表明:dn50比dn80軸向應(yīng)力大50%左右,極值均出現(xiàn)在齒尖處,最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的彈性極限;dn50比dn80變形大15%左右,計算出的dn50最大壓縮率為0.925%,dn80的最大壓縮率為0.921%,壓縮率都在許用范圍之內(nèi),dn50的壓縮性能強于dn80。

介紹由金屬與膨脹石墨材料復(fù)合而成的最新墊片專利產(chǎn)品——波齒復(fù)合墊片的結(jié)構(gòu)、性能特點以及它在石油化工、電力等部門的實際應(yīng)用情況。

新型金屬—膨脹石墨復(fù)合墊片—波齒復(fù)合墊片

按照gb/t19066.3的試驗條件對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為65.5mm×50.5mm×2.5mm、具有3種不同的圓弧半徑、波齒距和齒數(shù)的柔性石墨金屬(柔性石墨+06cr19ni10)波齒復(fù)合墊片進行應(yīng)力松弛試驗,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)。

對3.5mpa邊界閥法蘭密封———柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片密封的泄漏進行了密封失效分析,并提出了改進方案,解決了墊片密封短期失效問題。

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(biāo)準(zhǔn)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)。

對柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)性能的關(guān)系進行了較系統(tǒng)的試驗研究，結(jié)果表明采用不銹鋼為骨架，齒距在3～5mm，柔性石墨密度在1．1g／cm3左右，柔性石墨覆層厚度在1．3mm左右的復(fù)合墊片具有較好的力學(xué)性能。

對柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)性能的關(guān)系進行了較系統(tǒng)的試驗研究，結(jié)果和不銹鋼為骨架，齒距在３～５ｍｍ，柔性石墨密度在１．１ｇ／ｃｍ＾３左右，柔性石墨覆層厚度在１．３ｍｍ左右的復(fù)合墊片具有較好的力學(xué)性能。

某石化公司dcc裝置煙機進口管道法蘭上的dn900金屬波齒復(fù)合墊片在開車過程中斷裂并泄漏。經(jīng)過宏觀檢查,力學(xué)性能測試,應(yīng)力計算,能譜、金相、電鏡分析,表明其失效原因是波齒復(fù)合墊片骨架材料存在孔洞缺陷和氧化物夾雜。針對失效原因提出了今后使用過程中應(yīng)采取的防護措施。

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。

在有限元應(yīng)力分析[1]的基礎(chǔ)上,對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片進行壓縮回彈性能試驗。結(jié)果表明:在45mpa的壓緊力和相同密封面寬度及一定波齒深度的條件下,壓縮率隨波齒數(shù)的增加而減小(即隨波齒圓弧半徑的減小而減小),回彈率則相對增大,這一結(jié)果與彈性有限元應(yīng)力分析結(jié)果基本一致。

采用abaqus有限元數(shù)值模擬研究柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片的不同金屬骨架在一定齒數(shù)、齒深和齒厚時的變形特性,在齒數(shù)n=3～7、齒深h=0.3～0.7mm、齒厚t=1～1.6mm參數(shù)組合下的波紋形金屬骨架的壓縮回彈性能較好。復(fù)合墊片的壓縮量主要由柔性石墨提供,而回彈量則主要取決于金屬骨架的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)。對波紋形金屬骨架與柔性石墨復(fù)合后的墊片的壓縮回彈性能進行了數(shù)值研究,以復(fù)合墊片最佳壓縮率和最大回彈率為目標(biāo),對金屬骨架的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化,優(yōu)化后的波紋形復(fù)合墊片的骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)為齒數(shù)n=3,齒深h=0.7mm和齒厚t=1mm;柔性石墨層厚度t=1.5mm。

介紹了由金屬和石墨構(gòu)成的波齒復(fù)合墊片的結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用和試驗研究方法,指出了需要進一步研究和解決的問題。對波齒復(fù)合墊片采用正交試驗方法,設(shè)計了三因素三水平試驗方案,并對墊片及其骨架的性能分別采用有限元模擬計算和試驗進行分析。研究顯示該墊片具有良好的壓縮回彈性能和密封性能,適用于壓力波動較大的場合。

GBT19066.2-2003柔性石墨金屬波齒復(fù)合墊片管法蘭用墊片尺寸

工程建設(shè)中難免出現(xiàn)復(fù)雜情況,裝置運行中難免出現(xiàn)壓力和溫度的波動,現(xiàn)有的墊片的密封性能已難以滿足這些要求。近期由廣州市東山南方密封件公司研制開發(fā)的專利產(chǎn)品-雙金屬自密封波齒復(fù)合墊片是一種具有"壓力自密封"特性的新型墊片。介紹了該墊片在金陵公司的幾個裝置上的成功應(yīng)用實例,表明該墊片為解決目前石化裝置的泄漏難題提供了很好的方法。

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)。

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。

柔性石墨成型條件對復(fù)合材料力學(xué)性能影響研究

為得到金屬面夾芯板在爆炸作用下的動力響應(yīng),采用能量平衡原理和有限元分析相結(jié)合的方法對其進行研究?；趭A芯板在爆炸作用下的破壞特點,將其變形過程分為彎剪變形、彈性拉伸變形、塑性拉伸變形和拉伸斷裂4個階段。理論推導(dǎo)給出夾芯板全過程的變形公式,并給出了變形公式中主要階段荷載的取值,即受拉爆炸荷載、屈服爆炸荷載和斷裂爆炸荷載。采用有限元方法得到各參數(shù)對夾芯板抗爆性能的影響,并對夾芯板變形計算公式進行了驗證。分析結(jié)果表明:夾芯板變形隨爆炸作用的增加而增加,隨著面板厚度、芯材厚度、芯材強度和板跨長度的增加而減小,而剪切模量對夾芯板變形影響較小。

針對設(shè)備法蘭選用復(fù)合波齒金屬墊的一批換熱器在產(chǎn)品耐壓試驗中發(fā)生泄漏、需要重新緊固螺柱后才能通過耐壓試驗的問題,抽取兩個墊片實物進行了部分項目檢測,結(jié)合前人的研究成果進行綜合分析,判斷主要是墊片回彈率欠缺引起了泄漏。同時肯定了這次泄漏事故的墊片結(jié)構(gòu)及其表現(xiàn)符合前人的研究結(jié)果,即骨架波齒越高或骨架超出一定厚度后其越厚則回彈率越低。提出了與骨架材料和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)有關(guān)的值得進一步研究的5個問題。針對波齒復(fù)合墊片產(chǎn)品工程應(yīng)用的現(xiàn)狀,提出了關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)修訂的4點建議。

石墨烯有特殊的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理、化學(xué)及機械性能,作為強化相可以有效改善材料的強度、硬度、耐磨性、導(dǎo)電性等。高性能石墨烯-金屬復(fù)合材料的應(yīng)用廣泛,既可作為結(jié)構(gòu)材料使用,也可以作為超級電容器、鋰電池、生物傳感器和儲氫材料。本文對石墨烯-金屬復(fù)合材料的主要制備方法及及其應(yīng)用做了簡單的介紹,并概括了其今后可能的發(fā)展方向。