套管补偿器新密封方式的研究分析

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1、套管补偿器新密封方式的研究分析ResearchandAnalysisofNewSealingMethodofSleeveCompensator研究生：李巍指导教师：郭海丰副教授学科领域：建筑与土木工程二〇一五年十二月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文套管补偿器新密封方式的研究分析作者姓名：李巍入学年份：2013年9月指导教师：郭海丰副教授学科领域：建筑与土木工程申请学位：工学硕士所在单位：市政与环境工程学院论文提交日期：2015年10月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：关雁鸣答辩委

2、员会组成：关雁鸣、张培红、张晓明、王子彪、李刚论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要在供热工程中的热力管网系统及压力容器中，某些管线由于受到过量挤压或者冷热变化导致的管线伸缩给输送流体的安全带来很大的隐患。目前广泛采用的波纹管补偿器和其他类似的补偿器装置都是通过补偿元件本身的变形来吸收管道系统中的应力及温度变化导致的管道伸缩的。套管补偿器作为其中的一种补偿元件，与波纹管等补偿器的补偿原理具有本质上的区别，套管补偿器是通过内外套管的相对位移进行补偿器的。因此，套管补偿器其具有补偿能力强，并且它的安装和维修也很方便。为了促进套管补偿器的应用，本课

3、题对套管补偿器进行研究，主要的分析对象为套管补偿器中的密封构件。套管补偿器目前并没有被广泛采用，主要原因是套管补偿器是内外套管的相对运动进行补偿，两个管道间的空隙需要进行密封，由于密封性能不能得到保证，容易造成输送流体的泄露。为了促进套管补偿器的应用，本课题对套管补偿器的密封形式进行改进，并且对于改进的套管补偿器的密封性能进行研究分析，验证改进的密封方式与之前的密封方式相比是否具有优势。本课题首先对于采用挤压进行密封的传统套管补偿器的密封形式进行分析，考虑不同因素影响下，挤压密封方式下O形橡胶密封圈的应力和等效接触压力的分布规律及特点等。最后对

4、改进的密封方式进行分析，得出自力式套管补偿器的橡胶密封圈的应力及接触压力的分布规律及特点。通过对两种密封方式的结果的对比，确定了与挤压密封方式相比，自力式压缩的密封特点及适用条件和变化规律，为自力式密封方式的应用提供科学依据。本文的主要内容是对套管补偿器依靠挤压的预压缩的密封方式和自力式密封的密封方式的进行分析，考虑不同因素对密封性能的影响，利用ABAQUS对O形密封圈进行分析。在选择Mooney-Rivlin本构关系模型下，对预压缩的密封方式进行了分析，得出O形密封圈的应力和接触压力随着压缩率的提高逐渐增加，并呈非线性变化。在对摩擦系数对O形

5、橡胶密封圈的应力和接触压力影响的分析中，得出了当摩擦系数大于0.3时，应力和接触压力的分布规律和结果已经不受摩擦系数的影响了。自力式密封方式分析中，当流体压力大于2.0Mpa时，橡胶圈的应力稳定在1.5Mpa；接触压力在流体压力小于2.9Mpa时，接触压力一直大于流体压力，可以确定自力式密封方式对于小于2.9Mpa的输送流体是有效的。此外，本文也对内外套管间隙、不同橡胶材料对O形密封圈的应力分布以及接触压力的影响进行了分析，当内外套管间隙较小时是有利于提高O形橡胶密封圈是使用寿命的，为了保证接触压力的情况下降低最大应力值，在本文分析条件下建议选

6、择国际橡胶硬度（IRHD）为60~80的橡胶密封材料。关键词：自力式密封；O形密封圈；Von-Mises应力；等效接触压力；杨氏模量II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIAbstractIntheheatingprojectandthepressurevesselintheheatpipenetworksystem,someofthepipelineduetoexcessiveorhotandcoldchangescausedbypipelineexpansiontothesafetyofthetransportflui

7、dhasabigrisk.Atpresent,thewideuseofbellowsandothersimilardevicesareusedtoabsorbthedeformationoftheelementitselftoabsorbthepipelinesysteminthestressandtemperaturechangescausedbytheexpansionofthepipeline.Asonekindofcompensationelement,thecompensationprincipleofthesleevecompens

8、atorisessentiallydifferentfromthecompensationprincipleofthecorrugatedpipe.T