确定垫片设计系数的简化方法及应用.pdfVIP

一 ^ ．唧薯 ． ．ca]ech Sep．】998 确定垫片设计系数的简化方法及应用 杜培铂 田志彬 — ’ ’ ’ - ，1， — 一 ● _ _ — - — 一 {青岛化工学院机械工程学院，青岛266042) 摘 要 ：基于螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析提 出1确定垫片设计 系敷的简化方法，以不锈钢缠绕柔性石墨垫片实验结果计算路制的 p图设计 法兰．算倒表明．按文中方法较现行规范更为合理和经济 。 关键词：法兰；垫片；设计系敷 中圈法分类号 ：TH136 我国现行规范采用垫片预紧密封 比压 和垫片系数m两个参数表征垫片的密封特性并以 此为依据进行密封和法兰设计。。]。 、m的取值袭用了美国ASME40年代的数据．定义模糊，既 无实验验证．也未考虑系统泄漏率要求，实际上无法可靠地保证系统的紧密性 ，法兰设计长期 处于比较落后的状态。按规范设计，尽管大多数情况下可获得较为满意的结果．这是因为规范 设计的螺栓过于保守．为密封可提供足够的预紧载荷．从而掩盖了 、m值的实质。 近年来，国内外大量的垫片实验 已经表明，即使同一材料和型式的垫片．、m值也绝非是 唯一的。、m值还与介质压力、温度、系统对泄漏率的要求及垫片预紧程度等许多因素有关。然 而，由于垫片的实验量庞大，由试验数据转换规范型 、m值的过程繁杂，因此，实验成果至今 也难J钉于法兰设计中。即使采用美国WRC所推荐的新的垫片设计系数．过高的 值和 、m值 的唯 一性仍显得不尽合理 本工作中根据螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析提出了确定 垫片设计系数的简化方法。 1 系统的简化载荷变形关系和 y-图 对不锈钢缠绕柔性石墨等组合式垫片，在采用了线性化和不滞后等假设以简化垫片应力 与位移关系后，螺栓法兰连接系统的载荷变形关系可见图l啪 图中，丽和面分别表示预紧时 螺栓、垫片的载荷变形关系。螺拴预紧力为P ．拉伸量为 ，垫片压缩量为 ，c、c分别为螺 栓和垫片的刚度 。瓦 和面 刚表示操作时的情况。操作螺栓力 ，螺栓继续被拉伸至 ．增量为 d．垫片压缩虽减至 ．回弹量为 ，介质压力p引起的轴 向力为P．垫片上的残余压紧力为 ， 为操作时垫片刚度。 依据系统螺栓和垫片的变形协调．即螺栓拉伸增量与垫片回弹量相等及图中的几何关系 可得： P = P+ = xP (1) 收稿 日期：1997—12一J0 第 一作者，杜培德．男．55岁．副教授 募3期 杜培德等：哨定垫片设计系教的简化方岳及应用 279 P 一 (z～ 1)P (2) P 一 ( — k)P (3) 式中，压紧因数x=P,／P；载荷冈数 =CJ(0+ )；螺栓刚 度 c P．／o．kN／mm{垫片操作剐度G，’= ／’．kN／mm； 介质轴 向力P一0．7859 p．kN；肪 垫片压紧力作用位置 处直径 ，mm；P 介质压力．MPa。 计算规范型垫片预紧密封 比压 和垫片系数 的通式 如下： = iN ／e (4) ％ 一 叩 (5) 式中， 、分别表示满足系统 [ ]要求时，不