柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能影响因素研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能影响因素研究摘要柔性石墨金属缠绕垫片是一种应用十分广泛的静密封元件，它由具有一定截面形状的成型金属带和非金属带交替缠绕而成，并与法兰、螺栓一起，共同组成工业中常用的可拆式静密封连接结构，广泛应用于石油化工、电力等部门的设备和管道连接密封。自20世纪60年代以来，柔性石墨金属缠绕垫片随着我国大规模引进炼油设备而进入我国以来，目前已形成了一定的生产规模和生产能力，基本满足了我国相关行业的需要。但从目前国内实际调研情况来看，国产柔性石墨金属缠绕垫片的整体性能不高，产品质量参差不齐，主要表现在压缩回弹等性能不满足要求

2、，这严重影响着工厂设备运行的安全性和连续性，造成这种现象的原因有许多，如生产设备和制造工艺落后、缺乏有效的理论指导、参考标准纷繁混杂等，基于此现状对柔性石墨金属缠绕垫片进行相关研究具有重要的工程意义。柔性石墨金属缠绕垫片的力学性能是法兰—螺栓—垫片连接结构密封性的重要保证，而压缩回弹性能是垫片重要的力学性能之一。垫片初始密封条件的形成主要取决于压缩性能，操作状态下的密封性能则主要决定于垫片的回弹能力。随着石油化工行业朝着设备大型化和工况参数苛刻化的方向发展，柔性石墨金属缠绕垫片本身的性能问题或将成为限制石化行业发展的因素之一，所以对柔性石墨金属缠绕垫片进行技术革新和产品

3、升级就显得尤为I太原理工大学硕士研究生学位论文重要。由于柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹性能很大程度上取决于其结构特点和生产工艺等因素，所以开展柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能影响因素的研究，对于优化和规范生产工艺，提升垫片整体质量和稳定性，保证设备的安全稳定运行都有重要的实际意义。本课题通过理论分析、数值模拟和试验三者相结合方法对柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹性能进行了研究。首先，在理论上建立了柔性石墨金属缠绕垫片的简化力学模型，通过对垫片受轴向载荷作用下的力学性能进行受力分析，研究了影响柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能的因素，得出了其轴向载荷性能主要取决于结构参数、工

4、艺参数以及材料特性等，同时各因素之间相互作用，共同影响柔性石墨金属缠绕垫片的刚度、强度、稳定性、压缩性、回弹性、应力松弛及密封性等性能。然后借助计算机辅助手段模拟了柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹特性曲线。运用商用有限元分析软件ANSYSWorkbench14.0对柔性石墨金属缠绕垫片的轴向载荷特性进行数值模拟，得到了其压缩回弹特性曲线。模拟结果表明：柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹特性曲线与试验测试所获得的压缩回弹特性曲线的变化趋势基本一致，但由于受到软件的局限性和垫片内部应力的复杂性等因素的影响，数值模拟结果与试验测试曲线在具体数值上还有一定的距离。最后，在自行研制的垫

5、片性能试验机上对不同结构参数、材料参数和工艺参数的柔性石墨金属缠绕垫片试样进行了压缩回弹性能测试，并获得了相应的压缩回弹特性曲线及数据。试验选取了柔性石墨带密度、初绕圈II太原理工大学硕士研究生学位论文数、终绕圈数以及缠绕压紧力等四个影响因素，试验结果表明：随着柔性石墨带密度的增大，柔性石墨金属缠绕垫片的压缩率变化幅度不大，而回弹率增大较为明显；随着初绕钢带圈数的增加，压缩率和回弹率均有减小；终绕钢带圈数增大，垫片的压缩率降低，回弹率升高，且增加相同圈数的终绕钢带比初绕钢带对垫片压缩率的降低程度更大；工艺参数钢带缠绕压紧力的大小在一定程度范围内对压缩回弹性能的影响不是很

6、明显。最后，还对柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能的复现性进行了研究，找到了试验次数与压缩回弹性能的相互关系，给出了垫片二次使用的建议。本课题基于实际生产中柔性石墨金属缠绕垫片压缩回弹性能不足的现状，针对其影响因素进行了研究，通过优化柔性石墨金属缠绕垫片的制造工艺参数，进行材料及结构参数的合理选用，提升了柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹性能，为实际生产中柔性石墨金属缠绕垫片性能的稳定、整体质量的提升提供了可参考的技术依据，具有较强的实用价值和实际意义。关键字：石化行业，金属缠绕垫片，压缩回弹性能，结构，工艺，计算机辅助III太原理工大学硕士研究生学位论文RESEARCHON

7、THEEFFECTFACTORSOFCOMPRESSION-RESILIENCEPERFORMANCEOFFLEXIBLEGRAPHITEMETALLICSPIRALWOUNDGASKETABSTRACTFlexiblegraphitemetallicspiralwoundgasketisakindofstaticsealingelementappliedwidely,woundedalternativelywithmetalbeltofcertainsectionshapeandnonmetalbelt,andit,flangeandb