法兰连接的密封结构设计与研究

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1、制造技术研究航天制造技术法兰连接的密封结构设计与研究钟世宏张崇耿杨立合周旬胡强（西安长峰机电研究所，西安710065）摘要：通过对现有法兰密封结构的受力分析，指出其存在的不足，针对改善密封元件受力状态，给出新的密封结构形式，并提出法兰连接密封结构设计应优先解决的问题和设计思路。关键字：法兰；密封结构；卸载DeviceandInvestigationofSealStructureofFlangeJointZhongShihongZhangChonggengYangLiheZhouXunHuQiang(Xi’anChangfengResearchInstituteofMechanismandEl

2、ectricity,Xi’an710065)Abstract：Theshortageofthepresentsealstructureofflangebyitsstaticforceanalysiswasindicated.Newsealstructureformwasintroducedtoefficientlyimprovethestaticforcestateofsealpiece.Thefirst-solvedproblemanddesignideaofsealstructureofflangejointwereputforwardaswell.Keywords：flange；sea

3、lstructure；unloading1引言法兰密封连接是火箭技术、压力容器及化工设备等领域常见的可拆卸连接形式，提高其密封效果，不仅要关注各种新型密封材料的应用，更要注重密封结构形式的设计，从结构上改善相关零部组件的受力状态，使法兰密封连接的密封性能产生质的飞跃。2典型法兰结构简介及受力状态分析图1传统的法兰密封结构示意图图1为典型法兰连接的密封结构，端面的凸台结a.当密封空间内充满一定压力的流体之后，由于构是为改善法兰与密封元件接触面的几何精度和表密封元件的内径大于法兰内径，或者因装配不当导致面粗糙度，提高密封性能，而在工艺上采取的保障措密封元件出现偏心时，内部流体作用在法兰端面的压施

4、。左右两侧的法兰对接后，通过在圆周上均布的螺强将直接转换为螺栓的附加拉应力，使螺栓除了承受栓预紧力，压缩中间的密封元件，在密封元件与法兰初期预紧产生的拉应力之外，还增加流体压强产生的凸台端面之间产生一定的预应力，使密封元件产生一工作拉应力。这必然在螺栓上产生相应的弹性形变，定量的弹性变形，从而达到密封的效果。该类法兰密该形变量将使密封元件的压缩量相应地减少，左右法封结构，具有结构简单，制造、安装方便，成本低等兰的凸台端面与密封元件之间的预应力亦随之减少，优点，但是由于自身结构特点的局限，仍存在如下不最终导致法兰连接的密封能力下降，加剧法兰密封状足：态的恶化倾向。作者简介：钟世宏（1957-）

5、，高级工程师，机械制造工艺及自动化专业；研究方向：机械制造工艺及装备技术研究。收稿日期：2013-04-1545制造技术研究2013年6月第3期b.在工作压力相对稳定的环境中，当螺栓长期承环外径与凹法兰内孔密封面之间存在配合关系，从结受拉应力，因材料自身的固有特性，不可避免要产生构设计上消除了因操作失误造成密封环安装偏心的蠕变效应，在螺栓和密封元件的轴向逐渐产生塑性形可能。另外，根据使用环境中流体介质特性、工作压变，使法兰密封性能逐渐下降，密封失效的隐患逐渐力及温度的差异，可对密封环的材质作出相应的选加大，导致在密封接头处出现常见的渗漏乃至滴漏的择，便于扩展内置式密封环密封结构的使用范围。现

6、象。c.当密封空间内部的压力不稳定或遇到突发的压力峰值，由于不同材料之间形变速率的差异，可能出现法兰密封性能的瞬间失效，在对高温高压气体密封的使用环境中，有时会造成严重的事故。笔者的一位同事，在进行消防用气溶胶的实验过程中，因气溶胶爆燃产生的冲击波，在容器内部出现较高的燃气压力峰值，使法兰密封环节出现瞬间失效，并在接合面的缝隙处窜出高温高压气体，导致现场操作人员严重烧伤的事故。经事后对事故现场进行复查，发现除了图2新型法兰密封结构示意图密封元件与法兰端面之间的缝隙处存在气体流动后的痕迹之外，所有相关零件结构均完好无损，所有螺当密闭容器内可能出现瞬间压力波峰时，可利用栓均未出现松动现象。表明事

7、故的发生，并非是相关径向密封结构的特点，采用如图3所示的结构型式，密封元件的结构性破坏造成。即在图2所示密封结构的基础上，增加径向密封环节，即使在轴向产生少量位移，其密封性能也不会受到影3新型法兰密封结构及受力状态分析响。这不仅可以避免内部压力波峰产生时，出现瞬时密封失效现象，亦可以克服紧固螺栓长期承受拉力，新法兰密封结构的设计方案是将原来位于左右产生蠕变造成密封性能下降的隐患。对消除常见的法两侧法兰之间的外