螺栓-法兰连接紧密性理论的弹性垫圈优化设计

法兰设计-螺栓法兰连接结构

现行金属垫片的设计以垫片系数或线密封比压为依据,主要针对法兰强度问题,而没有定量泄漏和紧密性的概念,因此无法从理论上说明连接是否紧密。在金属垫片变截面泄漏通道的泄漏率计算公式、接触应力分布的解析算法以及连接结构变形协调分析的基础上,建立连接系统的紧密性分析方法。实例分析表明:通过增加垫片应力(即提高螺栓载荷),可降低连接的泄漏率,但当垫片应力水平较高时,效果并不显著。对于密封性要求高的连接,可以采用表面较光滑的垫片。以最大允许泄漏率为设计准则的设计方法与以强度为设计准则的规范设计方法相结合,有可能发展成为一种新的密封连接设计方法。

fpr（玻璃钢）法兰连接螺栓长度 磅级管径管插入深度（ds）fpr法兰厚度a105法兰厚度螺栓个数fpr-a105螺栓fpr-fpr螺栓fpr-单向阀-fprfpr-蝶阀-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＂

螺栓法兰结构以其构造简单、可靠性性能优良的特点被广泛应用于航空航天、核能等工业领域中。在连接面处,由于预紧力、摩擦力、拉压受力分布不均使得螺栓连接的工作状态相对复杂。本文首先介绍螺栓法兰连接结构研究中发现的接触、摩擦等工程现象和对该类问题的研究思路,然后对螺栓法兰连接结构相关研究成果进行介绍,最后对该结构特性研究进行总结与展望。

文章编号:1007-967x(2005)03-0046-03 法兰连接中的螺栓预紧力 叶红,颜廷武,刘元胜 (沈阳石蜡化工有限公司,辽宁沈阳11014) 摘要:法兰连接中螺栓的预紧力,要满足法兰接头在操作时不发生泄露。叙述了螺栓从预紧状 态到操作状态过程中法兰接头的变化。预紧力应是考虑了内压作用和垫片在升压过程中 松弛的综合结果。 关键词:法兰;螺栓;预紧力;计算 中图分类号:th131.3文献标识码:a 1概述 由于生产操作上的需要及制造、安装、检修、运 输的方便,各工业部门的容器或管道经常做成可拆 卸的。采用了可拆卸连接后,保证联接口密封的可 靠性,成为决定工业生产能否正常运行的必要条件。 螺栓连接的法兰接头是一种应用极为广泛的结 构,它属于强制密封,依靠联接件通过被联接件强制 挤压密封元

比较了两种主要的螺栓———法兰连接结构-主螺栓连接和抗剪螺栓连接在结构方面的特点;提出了一种新开发设计的d形抗剪螺栓结构;探讨了高压密封结构中d形抗剪螺栓的设计,并与普通拉伸螺栓、一般抗剪螺栓的设计进行了比较。结果表明d形抗剪螺栓连接结构装拆迅速、连接安全、密封可靠,可应用于经常装拆的高压容器或管道的密封连接。

所建立的参数化三维有限元模型,充分考虑了法兰螺栓联接系统的应力集中、垫片材料非线性特性以及各元件的接触非线性,研究了螺栓法兰连接系统各元件之间的相互作用,分析了预紧力、密封介质内压力等因素对垫片应力的影响。结果表明垫片应力在径向随着节点半径的增大而增大,随着预紧力的增大而增大,随着内压力的增大而减小,在周向螺栓附近的应力明显大于其它处应力。当垫片最外侧应力低于了密封所要求的最低应力时,螺栓法兰连接系统发生泄露。

利用有限元软件abaqus建立了螺栓法兰连接系统的实体模型,采用热结构耦合分析方法,研究了法兰公称直径为100mm的螺栓法兰系统的温度场及其应力场,以及在预紧力和温度梯度操作条件下螺栓等效应力、轴向应力、径向应力和切向应力的变化关系.结果表明,温度场对螺栓轴向两端的应力影响较大,当内壁温度为100℃时螺栓头靠近法兰一侧的等效应力增加了250mpa,螺栓上靠近法兰一侧的螺纹的等效应力增加100mpa,而温度场对螺栓远离法兰一侧的螺纹的应力影响很小,说明设计时应重点考虑热应力对靠近法兰一侧的螺纹与螺栓头的影响.

法兰连接中螺栓拧紧力矩的计算

对压力管道法兰连接中螺栓的受力、预紧力的计算方法进行了分析,研究了垫片的密封性能,包括基本密封特性、压力-回弹特性、垫片的厚度和宽度效应。得出了法兰连接时,连接点的泄漏与螺栓预紧力、密封面状态、使用工况、垫片等有关的结论。

本文提出螺栓法兰连接的紧密性概念,针对螺栓法兰连接长时间在高温条件下会失效的问题,对法兰连接的三个主要部件作了失效分析,从理论上提出了相应的措施以降低因连接失效造成的损失。

根据螺栓法兰连接系统的模糊性、连接系统的主要故障及其失效原因,建立以连接系统泄漏失效为顶事件的故障树.依据模糊集理论,基于基本事件发生概率的三角模糊分布,对所建立的故障树进行了模糊分析.采用fussel算法得到了顶事件的最小割集,求取了顶事件的模糊概率及不同置信水平下顶事件的隶属函数;将模糊重要度中值分析法引入螺栓法兰连接系统的故障树分析中,获得了顶事件最小λ截集水平下的各基本事件的模糊重要度,得到影响连接系统泄漏失效行为的重要因素,并给出相应的泄漏预防与控制策略.

笔者于2012年5月对株洲某公园的游乐设施进行定期检验中,发现"飞龟"旋转臂法兰处有一连接螺栓断裂。经过向设备经营管理者了解,这并不是这个位置螺栓的第一次断裂,设备总共才运营了一年多,已经发生过好几次。虽然这次的设备缺陷没有造成重大的伤亡事故。因为某个螺栓的断裂影响到整个法兰的

法兰连接

法兰连接.

法兰连接

对金属垫圈的密封性能进行了广泛的试验研究，测定了垫圈预紧密封比压参数ｙ和垫圈系数ｍ值，并与ａｓｍｅ规范值进行了对比。采用ａｂ试验方法，对垫圈的典型密封特性进行了研究。此外，通过对法兰连接系统的整体分析，得出了从安装状态到操作条件下螺栓载荷的变化规律。在上述基础上，讨论了一种新的密封设计方法，并给出有关计算式。

法兰连接 (2)

在城网线路建设中,钢管杆得到了广泛的应用。通过对钢管杆法兰连接所采用各级螺栓的设计比较,提出可以放心应用8．8级高强螺栓。总结了高强螺栓在应用时的注意事项。

. '. 弹性垫圈技术条件弹簧垫圈specificationsforspringwasherssinglecoilspringlockwashers gb94.1-87 主要内容 本标准规定了弹簧垫圈的技术条件 引用标准 gb1222弹簧钢 gb5222弹簧垫圈用梯形钢丝 gb1220不锈钢棒 gb4431硅青铜棒 gb230金属洛氏硬度试验方法 gb231金属布氏硬度试验方法 gb90紧固件验收检查，标志与包装 技术要求 材料，热处理和表面处理按表一规定 材料 热处理表面处理 种类牌号标准编号 弹簧钢 65mn 70 60si2mn gb1222 gb5222 淬火并回火 hrc42~50 氧化 磷化 镀锌钝化 不锈钢 3cr13 gb1220---- 1cr18ni9ti 铜及合金qsi3-1gb

在考虑连接结构承受外弯矩作用和螺栓、法兰及垫片蠕变的基础上,建立高温螺栓法兰连接结构的变形协调分析方程,采用解析方法研究连接结构承受外弯矩和蠕变对连接结构力学行为的影响。结果表明,外弯矩作用下,受拉侧的法兰转角增大,螺栓伸长量减小,垫片应力增大;受压侧的情况则相反。在相同的工作条件下,考虑蠕变时,温度越高,法兰转角、法兰变形量和垫片应力减小幅度越大。外弯矩引起的垫片受拉侧应力下降和元件的蠕变是连接结构密封失效的重要原因。

本文以强度可靠度为约束,对法兰螺栓联接进行了优化设计.文中提出采用辛卜生数值积分较好地处理了正态分布数值表,从而将优化设计与可靠性设计有机地结合起来.在此基础上进行的法兰螺栓联接设计,可在满足一定强度可靠度的同时,迅速取得一组最佳结构参数,其设计方法具有广泛的实际应用价值.