新型高压快开结构的设计与可靠性分析

论文题目: 新型高压快开结构的设计与可靠性分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 化工过程机械

作者: 张云肖

导师: 钱才富,陈平

关键词: 形抗剪螺栓,高压,快开,密封结构,强度设计,应力分析,有限元

文献来源: 北京化工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 现代工业的迅速发展，以及环保意识的提高，对高压容器及设备的密封提出了越来越高的要求。螺栓-法兰连接是压力容器和管道最常用的密封连接形式，国外对螺栓-法兰连接的研究成为一个长盛不衰的课题，这种研究对于建立新的设计规范尤为重要。 高压密封装置的密封性能和强度可靠性，对高压容器的使用效果和安全生产有很大影响，是衡量一台高压容器设计成功与否的标志之一。因此，高压密封装置的设计是高压容器设计的一个重要环节。通过对现有高压密封结构的研究和比较发现，与一般大螺栓(如双锥密封)、卡箍等连接结构相比，将压力容器顶盖置于容器端部法兰内部，并在二者之间采用抗剪螺栓连接的密封结构最紧凑、重量最轻。 间歇生产工作过程的特点是需要经常对密封装置进行装拆。D形轴向抗剪螺栓连接技术是一种新型的高压快开连接技术。D形轴向抗剪螺栓是沿螺栓轴向将一侧削平约1／4圈螺纹周长，其横截面呈现“D”形而得名；D形螺栓均布置于顶盖和法兰环隙内，连接方式有两种，一种是D形螺栓固定于含有与之相配的3／4圈螺纹的端部法兰上，另一种是D形螺栓固定于含有与之相配的3／4圈螺纹的顶盖上。旋转所有D形螺栓一定角度(通常为90°)，使含1／4圈螺纹的元件与D形螺栓完全连接上，即可将端部法兰与顶盖连接；拆卸时，反向旋转D形

论文目录:

摘要

ABSTRACT

符号说明

第一章 绪论

1.1 螺栓法兰连接及其规范

1.1.1 过程设备的密封问题

1.1.2 螺栓法兰连接的研究

1.1.3 螺栓法兰连接规范的进展

1.1.3.1 美国压力容器规范ASME

1.1.3.2 德国DIN 2505

1.1.3.3 欧盟标准 EN1591

1.2 国内外高压密封结构的研究

1.2.1 高压密封的特点

1.2.2 高压密封装置的结构型式

1.2.3 高压密封技术的进展

1.3 高压快开密封连接结构的进展

1.4 本文研究的目的和意义

1.5 本文研究内容

第二章 基于D形螺栓的新型高压快开密封装置

2.1 新型高压快开承压结构

2.2 各种密封结构的设计

2.2.1 C形环密封结构设计

2.2.1.1 径向C形环密封结构设计

2.2.1.2 轴向C形环密封结构设计

2.2.2 O形环密封结构设计

2.2.3 卡扎里式密封结构设计

2.2.4 B形环密封结构设计

2.3 与传统密封结构的比较

2.4 新型高压密封连接结构的特点

2.5 小结

第三章 新型高压快开承压结构的有限元分析

3.1 ANSYS有限元分析程序及其在高压密封中的应用

3.1.1 ANSYS有限元分析程序

3.1.2 ANSYS在高压密封中的应用

3.2 高压快开承压结构的三维有限元模型

3.2.1 几何模型

3.2.2 单元选择和网格划分

3.2.3 材料性质

3.2.4 约束条件与加载

3.3 有限元分析结果与讨论

3.3.1 顶盖的应力分量分布

3.3.2 D形螺栓的应力分量分布

3.3.3 端部法兰的应力分量分布

3.4 D形螺栓旋转180°后的有限元结果

3.5 小结

第四章 新型高压快开密封连接结构的强度设计

4.1 力学模型

4.2 强度设计

4.2.1 D形螺栓连接的强度设计

4.2.2 端部法兰的强度设计

4.2.3 平顶盖的设计

4.3 小结

第五章 新型高压快开密封连接结构的试验

5.1 试验装置的设计

5.1.1 设计参数

5.1.2 设计过程

5.1.2.1 筒体及底封头的设计

5.1.2.2 平顶盖的设计

5.1.2.3 D形螺栓的设计

5.1.2.4 筒体端部的设计

5.2 应变电测法基本原理

5.3 电阻应变片的粘贴和防护

5.3.1 粘结剂的选用

5.3.2 粘贴和防护

5.4 试验方案

5.4.1 布片方案的确定

5.4.2 试验过程

5.5 数据处理

5.6 试验结果分析与讨论

5.6.1 试验结果分析

5.6.2 误差分析

5.7 试验装置整体有限元分析及其与试验结果的比较

5.8 小结

第六章 新型高压快开密封连接结构的工程应用

6.1 风洞试验介绍

6.2 风洞试验装置

6.3 快开稳定段试验装置的设计

6.3.1 材料选择

6.3.2 力学分析模型

6.3.3 设计计算

6.4 使用效果

6.5 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 本文的创新之处

7.3 本课题的展望

参考文献

附录 A D形螺栓沿轴向螺纹根部的应力分量

附录 B D形螺栓给定角度下，螺纹根部的应力分量

附录 C 筒体及端部法兰外壁的轴向、环向应变数据

附录 D 顶盖上表面的径向、环向应变数据

致谢

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发布时间: 2006-09-13

参考文献

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• [2].特殊条件下压力容器用材料性能试验研究[D]. 陈志伟.北京化工大学2016

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