新型高压半自紧垫片的开发研究

论文摘要

垫片密封是指容器、管道等的连接件和垫片组成的一种密封结构,其中垫片是最主要的密封元件。本文通过分析国内外垫片的研究进展,与目前提出的高压垫片密封要求进行对比,总结出了目前我国高压垫片使用中所存在的不足。针对这种现状,本文对垫片密封机理尤其是高压密封进行分析研究,并结合各种垫片结构的优缺点,对其进行优化组合,得出了一种压缩回弹和密封性能好、耐压且适合压力波动场合的新型高压半自紧垫片结构。通过理论推导、正交设计及数值模拟对垫片的各个部分进行了结构设计,由现有理论公式推导出了垫片各部分的应力变形计算公式;由正交试验设计得出了一系列金属骨架的结构尺寸,并运用ANSYS模拟了各种金属骨架的受力变形情况,得出了理论上较为符合设计条件的金属骨架结构。通过试验对所设计垫片的压缩回弹性能和密封性能进行研究,压缩回弹性能试验研究证明此垫片的压缩回弹率均达到了国家技术要求,且经过对比分析发现,新型垫片的压缩回弹率最好,能承受较高的压紧应力,且在较高压紧应力下可以二次利用;密封性能试验研究证明此垫片的允许泄漏率远远超过国家技术要求,在中低压工况下采用20MPa的组装应力就能充分满足密封要求,且通过试验结果的对比分析发现,所设计新型垫片的密封性能要好于波齿复合垫的,在较低的预紧应力下就能起到较好的密封效果,且泄漏率随介质压力的变化曲线比较平缓,具有自紧功能,较适合压力波动的场合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状及进展
• 1.2.1 材料开发
• 1.2.2 垫片结构
• 1.2.3 性能研究
• 1.2.4 系统分析方法
• 1.3 论文研究内容
• 第二章 高压密封结构及机理
• 2.1 密封原理
• 2.2 微观密封过程
• 2.2.1 加载过程
• 2.2.2 卸载过程
• 2.3 高压密封
• 2.3.1 强制密封
• 2.3.2 自紧式密封
• 2.3.3 半自紧密封
• 2.4 新型高压半自紧垫片密封
• 2.4.1 垫片密封结构
• 2.4.2 垫片密封机理
• 2.5 小结
• 第三章 新型高压半自紧垫片理论研究
• 3.1 空心金属“O”形环部分
• 3.1.1 基本假设
• 3.1.2 力学模型
• 3.1.3 应力变形计算
• 3.1.4 压扁度η的计算
• 3.2 波齿复合部分
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 力学模型
• 3.2.3 应力变形计算
• 3.3 组合整体
• 3.4 挤压强度校核
• 3.5 小结
• 第四章 新型高压半自紧垫片的结构设计
• 4.1 新型垫片总体结构尺寸的设计
• 4.2 空心金属“O”形环部分的结构尺寸设计
• 4.3 波齿复合部分的结构设计
• 4.3.1 金属骨架的正交设计
• 4.3.2 金属骨架的数值模拟
• 4.3.3 石墨板材的设计选择
• 4.3.4 波齿复合部分的挤压强度校核
• 4.4 小结
• 第五章 压缩回弹性能试验研究
• 5.1 试验原理
• 5.2 试验装置
• 5.2.1 加载系统
• 5.2.2 微机数据采集与控制系统
• 5.3 试验条件及方法
• 5.3.1 试验条件
• 5.3.2 试验方法
• 5.4 试验结果与分析
• 5.4.1 试验结果
• 5.4.2 试验分析
• 5.5 试验结论
• 第六章 密封性能试验
• 6.1 试验目的及方法
• 6.1.1 试验目的
• 6.1.2 试验方法
• 6.2 试验装置
• 6.2.1 试验法兰
• 6.2.2 垫片加载系统
• 6.2.3 试验介质给定系统
• 6.2.4 数据采集系统
• 6.2.5 数据处理系统
• 6.3 试验步骤及注意事项
• 6.3.1 试验步骤
• 6.3.2 注意事项
• 6.4 试验结果与分析
• 6.4.1 垫片表面应力计算
• 6.4.2 试验结果与处理
• 6.4.3 试验对比分析
• 6.5 试验结论
• 结论
• 1. 总结
• 2. 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ各种金属骨架的应力变形云图
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢