平焊法兰研究内容及方法

(1)密封系统变形协调性分析

平焊法兰连接密封系统主要由一对法兰、一个垫片、数个螺栓螺母组成。其密封过程也是预紧、升压、升温、正常运行、停工和重新开工等工况下各个元件间发生变形协调的过程。本文研究将法兰连接系统作为一个整体，考虑到高温高压下法兰上的应力、垫片应力、螺栓应力以及法兰变形、垫片变形、螺栓变形情况，并对其进行详细的载荷一变形分析，建立法兰力矩平衡方程和变形协调方程，并建立高温蠕变法兰变形协调方程。

(2)垫片表面残余应力分析

在研究国标法兰时一般强度时足够的，但法兰的刚度并非   大，在螺栓预紧力和介质压力的作用下法兰产生   的翘曲变形，使得法兰盘有所偏转，偏转角达到某一值时密封就会失效，而发生泄漏。本文研究的是环连接面的法兰，垫片采用的是八角垫片，由于法兰接头存在结构和接触、材料等多种非线性，考虑接头各元件间的相互作用，可把国标船用法兰连接接头当作一个系统来分析。采用有限元ANSYS软件分别对预紧和操作工况下法兰的应力应变，垫片表面残余应力分布进行研究，对法兰刚度和密封的关系进行定性分析。

(3)法兰刚度计算

设备碳钢法兰的高温高压给密封带来了很多的技术难题。随着设备温度和介质压力的增加，垫片上的压紧力就会减小，那么所需螺栓力就会增大，则螺栓力对中心的弯矩增大，从而使得法兰的刚性降低。螺栓弯矩的增大及法兰刚度的降低都会导致法兰发生翘曲变形和偏转，作用在垫片表面的残余应力在径向会出现严重分布不均匀。通过对法兰的结构简化和变形分析，得出设备法兰的刚度计算方法，总结法兰刚度的分布规律，从理论上揭示高温下法兰密封失效的机理。