管道法蘭連接系統(tǒng)已被廣泛應用到各行各業(yè),系統(tǒng)主要包括法蘭、墊片、螺栓以及被連接工件,將兩部分管道通過螺栓的預緊力緊密地連接在一起。但由于系統(tǒng)受外界與內在因素的影響,經常導致管道法蘭系統(tǒng)密封不良而失效,就會造成管道泄漏的問題,不僅浪費資源、污染環(huán)境、引起較大的經濟損失,而且將會導致災難性后果與人身傷亡。因此,通過對管道法蘭密封性的數(shù)值分析與研究,進行安全性評價,對工程實際應用具有重要意義。文中針對管道法蘭連接系統(tǒng)由于密封性問題引起泄漏的問題,運用ANSYS有限元分析軟件,建立管道法蘭連接系統(tǒng)的數(shù)值模型,從應力場與溫度場方面對系統(tǒng)進行分析,研究系統(tǒng)各組件的應力與溫度對系統(tǒng)密封性的影響規(guī)律,得出試驗難以得出的數(shù)據(jù),利于指導結構密封性的優(yōu)化設計。首先,對法蘭連接系統(tǒng)進行了溫度場穩(wěn)態(tài)分布研究,分析表明,系統(tǒng)中管道、墊片、法蘭、緊固組件的溫度變化率呈遞減關系。然后,建立了熱—結構耦合場模型,對系統(tǒng)各組件的應力場進行研究,分析出管道法蘭、墊片及螺栓在三個工況（預緊、預緊+內壓、預緊+內壓+溫度）下的應力分布。而且,文中對管道法蘭系統(tǒng)進行瞬態(tài)溫度場研究,分析了系統(tǒng)啟動時升溫過程與系統(tǒng)停止運行時降溫過程... 

【文章來源】：吉林化工學院吉林省

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

法蘭失效案例Fig1.1Flangefailurecase

?）密封機理與要求法蘭系統(tǒng)密封可分為初始密封與工作密封。初始密封在裝配墊片時完成的，通過對螺栓施加預緊力來壓緊墊片[13]。初始密封的產生是建立在密封面有足夠大的壓緊力，來使得墊片發(fā)生彈性變形，處于擠壓變形狀態(tài)，改善由于法蘭面不平帶來的密封性能差的狀況[14]，堵塞易發(fā)生泄漏的法蘭界面，來達到初始密封的要求。對墊片施加的預緊力值取決于墊片本身的材料屬性，而這個預緊力是螺栓起始的緊固力[15]。使用的法蘭應是符合有關國家設計標準，必須具備足夠高的強度與抗偏轉或翹曲變形的剛度。法蘭-螺栓-墊片結構見圖1.2所示，放入墊片并擰緊螺栓后，將墊片壓緊在上下法蘭之間[16]。圖1.2普通法蘭連接形式Fig1.2Commonflangeconnectionform

第1章緒論11北京化工大學的徐鴻和曹寶剛運用ANSYS有限元分析軟件對管法蘭建立三維有限元模型，分析了管法蘭連接系統(tǒng)中各部件的幾何尺寸、材料屬性及載荷大小對法蘭接頭緊密性的影響規(guī)律，為管法蘭的優(yōu)化設計提供了支撐和參考價值[42]。1.4技術路線及研究內容文中的技術路線如圖1.3所示。通過建立有限元模型，先進行了溫度場穩(wěn)態(tài)分布研究、熱-結構耦合場模型研究以及系統(tǒng)的緊密性評定，以及瞬態(tài)溫度的變化對管法蘭系統(tǒng)的密封性能影響，將結構場與瞬態(tài)溫度場兩者相互結合，模擬法蘭接頭的結構（螺栓、墊片）瞬態(tài)熱應力隨著時間變化的分布情況。并分析研究了管道密封性能的各種影響因素。圖1.3論文技術路線Fig1.3Technicalrouteofthesis第一章介紹課題研究的背景及意義，查閱大量文獻，描述了目前管法蘭系統(tǒng)密封穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)密封性的研究方法，對國內外研究情況進行歸納總結，分析法蘭結構密封性的主要影響因素；第二章主要是確定管法蘭系統(tǒng)密封連接結構的材料參數(shù)與幾何模型，建立系統(tǒng)的3D有限元模型，闡述系統(tǒng)的力學理論與傳熱學理論基礎知識，為后續(xù)系統(tǒng)的應力場與溫度場分析打下基矗另外，介紹了系統(tǒng)的力學理論與傳熱學理論的基本知識；第三章利用ANSYS有限元分析軟件對法蘭連接系統(tǒng)進行溫度場穩(wěn)態(tài)分布研究、熱-結構耦合場研究以及系統(tǒng)的緊密性評定；第四章利用ANSYS有限元分析軟件，對管法蘭系統(tǒng)進行瞬態(tài)溫度場研究，分析了系統(tǒng)啟動時升溫過程與系統(tǒng)停止運行時降溫過程這兩種不同工況下管法蘭系統(tǒng)的溫度場與應力場變化狀態(tài)；以及對壓力恒定不變的條件下研究瞬態(tài)溫度場對螺栓、墊片應力的影響；第五章利用ANSYS有限元分析法分析管道密封性能的影響因素，主要從法蘭環(huán)厚

【參考文獻】：
期刊論文
[1]管道法蘭螺栓“熱緊”必要性探討[J]. 楊林.  化肥設計. 2019(04)
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[3]海洋油氣管道電偶腐蝕堆焊法蘭解決方案[J]. 王國富.  遼寧化工. 2019(04)
[4]基于FMEA的在用螺栓法蘭接頭可靠性維護方法研究[J]. 莊法坤,劉文,宋策,陳銘.  山東化工. 2018(13)
[5]壓縮機管道法蘭泄漏的有限元分析[J]. 鄧晶,張建軍,肖強,李鵬,曾柏森,徐宜桂.  壓縮機技術. 2018(02)
[6]基于有限元的LNG管道法蘭連接緊密性分析[J]. 盛威,柳海章,楊建坤.  機械設計. 2017(08)
[7]油田運輸管道中的彎管法蘭焊接仿真及優(yōu)化分析[J]. 熱依汗古麗·木沙.  裝備制造技術. 2017(06)
[8]低溫環(huán)境下管道法蘭連接的應力分析[J]. 劉小川,許晶禹.  管道技術與設備. 2017(01)
[9]法蘭密封裝配技術分析[J]. 張鐵鋼.  石油化工設備技術. 2016(04)
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碩士論文
[1]管法蘭螺栓預緊力的確定及安全性評定[D]. 郭一帆.蘭州理工大學 2019
[2]高溫及溫度波動下止回閥中法蘭密封性能研究[D]. 趙維樂.蘭州理工大學 2019
[3]螺栓法蘭接頭墊片安全密封性能分析[D]. 梁宇翔.蘭州理工大學 2017
[4]動載荷下螺栓法蘭接頭的密封性能研究[D]. 吳平.華東理工大學 2016
[5]LNG管線結構分析與密封性研究[D]. 盛威.天津大學 2016
[6]高溫法蘭連接系統(tǒng)的緊密性及評價方法研究[D]. 王明伍.武漢工程大學 2015
[7]金屬與金屬接觸型法蘭接頭預緊方法及密封性能研究[D]. 劉雁.華東理工大學 2014
[8]高溫下承受外彎矩的法蘭接頭完整性分析[D]. 盛濤濤.華東理工大學 2014
[9]螺栓法蘭接頭完整性和密封性影響因素分析[D]. 張志明.華東理工大學 2013
[10]基于蠕變的高溫法蘭強度與密封分析[D]. 盧均臣.華東理工大學 2012



本文編號：3357383