平焊法蘭研究內容及方法

(1)密封系統變形協調性分析

平焊法蘭連接密封系統主要由一對法蘭、一個墊片、數個螺栓螺母組成。其密封過程也是預緊、升壓、升溫、正常運行、停工和重新開工等工況下各個元件間發生變形協調的過程。本文研究將法蘭連接系統作為一個整體，考慮到高溫高壓下法蘭上的應力、墊片應力、螺栓應力以及法蘭變形、墊片變形、螺栓變形情況，并對其進行詳細的載荷一變形分析，建立法蘭力矩平衡方程和變形協調方程，并建立高溫蠕變法蘭變形協調方程。

(2)墊片表面殘余應力分析

在研究國標法蘭時一般強度時足夠的，但法蘭的剛度并非   大，在螺栓預緊力和介質壓力的作用下法蘭產生   的翹曲變形，使得法蘭盤有所偏轉，偏轉角達到某一值時密封就會失效，而發生泄漏。本文研究的是環連接面的法蘭，墊片采用的是八角墊片，由于法蘭接頭存在結構和接觸、材料等多種非線性，考慮接頭各元件間的相互作用，可把國標船用法蘭連接接頭當作一個系統來分析。采用有限元ANSYS軟件分別對預緊和操作工況下法蘭的應力應變，墊片表面殘余應力分布進行研究，對法蘭剛度和密封的關系進行定性分析。

(3)法蘭剛度計算

設備碳鋼法蘭的高溫高壓給密封帶來了很多的技術難題。隨著設備溫度和介質壓力的增加，墊片上的壓緊力就會減小，那么所需螺栓力就會增大，則螺栓力對中心的彎矩增大，從而使得法蘭的剛性降低。螺栓彎矩的增大及法蘭剛度的降低都會導致法蘭發生翹曲變形和偏轉，作用在墊片表面的殘余應力在徑向會出現嚴重分布不均勻。通過對法蘭的結構簡化和變形分析，得出設備法蘭的剛度計算方法，總結法蘭剛度的分布規律，從理論上揭示高溫下法蘭密封失效的機理。