径向受载型金属垫片法兰密封结构的力学特性研究.pdf

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1、径向受载型金属垫片法兰密封结构的力学特性研究廖传军，满满，王洪锐，许光，张翼(北京宇航系统工程研究所，北京100076)摘要：介绍了一种径向受载型金属垫片法兰密封结构，分析了其受力特点和密封机理。利用有限元分析方法对它的力学特性进行了研究，计算了不同的法兰锥形张角在不同轴向压缩量下的轴向力、径向力以及密封面上的最大yonMises应力，分析了其规律及对密封结构装配特性、密封特性的影响。与普通轴向受载型金属垫片法兰密封结构相比，其所需的紧固载荷较小，用较轻的法兰及较小的螺栓载荷即能实现密封作用，尤其适用于装配空间小、装配时间要求短、有辐射、需远距离操作等场合。关键词：金属垫片；法兰；

2、径向栽荷；密封；力学特性中图分类号：TH49；TB657；TB66文献标志码：A文章编号：1001—4837{2014}03—0040—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2014．03．007StudyofMechanicalCharacteristicsofFlangeJointwithMetallicGasketunderIdialLoadsLIAOChuan—j咖，MANMan，WANGHong—rui，XUGuang，ZHANGYi(BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering，Beijing

3、100076，China)Abstract：Theflangejointwithmetallicgasketunderradialloadsisintroduced，anditsstructurefeaturesandsealingmechanismareanalyzed．Usingthefiniteelementmethod，themechanicalcharacteristicsarestudied．Underdiferentaxialcompressionofmetallicgaskets，theradialforces，axialforcesandmaximumyonMis

4、esstressesOilthesealingsurfacesofthreesealingstructuresarecalculated，ofwhichtheconeflareanglesoftheflangesaredifferent．Themechanicalcharacteristicsarerepresented，andtheinfluencestotheassemblageandsealingcharacteristicofthesealingstructuresareincluded．Comparedtothegeneralflangejointwithmetallic

5、gasketunderaxialloads，thetighteningloadneededbythesealingstructurean—derradialloadsissmall，andlighterflangesandsmallerboltloadcanbeused．Therearemanymeritsforthesealingstructures，suchassmallassemblagespace，shortassemblagetime，andbeusedinradiationordistanceoperationsituationsetc．Keywords：metalli

6、cgasket；flange；radialload；seal；mechanicalcharacteristic基金项目：国家自然科学基金资助项目(51305040)·40·第3l卷第3期压力容器总第256期触面上均产生了较大的接触应力，起到阻止介质0引言轴向泄漏的作用。金属垫片法兰密封结构广泛应用于航空、航天、核能、石油、化工等领域的压力容器、管路、阀门等装置，适用于低温、高温、高压、高真空、辐射、强酸、强碱及强腐蚀等工作条件恶劣、密封要求高、其他密封形式难以满足要求的场合¨J。一般的金属垫片法兰密封结构通过较大的螺栓载荷使法兰与垫片紧密贴合，接触面上所产生的压应力使垫片表面发生屈

7、服并产生塑性流动，填充接触面之间的微观泄漏通道，以实现介质的密封要求L6一。这种连接结构一般需要较为笨重的法兰以及较大的螺栓载荷，不适用于重量要求较轻、装配空间受限以及需远距离操作等场合；另图1密封结构的初始装配状态外，过大的螺栓紧固载荷，安装及检修工作中，易发生螺栓力超出许用值而破坏密封面、甚至压溃垫片的情况。文中介绍一种金属垫片法兰密封结构，该结构中金属垫片的密封面不是上、下表面，而是其内、外圆周面；在法兰及螺栓载荷的作用下，依靠其自身的扭转变形，形成与法兰径向接