[发明专利]一种法兰连接泄漏率预测方法

说明书

本发明为一种法兰连接泄漏率预测方法，该方法利用均匀压紧垫片泄漏试验，获取垫片应力、泄漏率、垫片厚度、垫片压缩变形量数据，确定垫片基本泄漏率与垫片相对压缩变形量的关联式；对于不均匀压紧非金属垫片法兰连接，建立有限元分析模型，获取操作工况下垫片的压缩变形量分布；从垫片压缩变形量分布中获得任意半径位置处的垫片压缩变形量，引入流导，对半径为r的流导分别沿径向与环向积分获得不均匀压紧垫片的流导，并计算泄漏率。该方法引入“流导”的概念，考虑垫片不均匀压紧的情况，通过流导积分解决垫片不均匀压缩变形情况下泄漏率的预测问题。

技术领域

本发明涉及过程工业设备及管道法兰连接密封领域，尤其是法兰连接泄漏率的预测。

背景技术

法兰连接泄漏率与垫片性能、法兰刚度、预紧力大小及均匀程度、操作压力与温度等相关。通常把非金属垫片以及非金属与金属组合垫片处理为多孔介质，根据垫片应力预测法兰连接的泄漏率。然而由于垫片应力取决于预紧载荷与操作压力，不同预紧载荷与操作压力下得到相同的垫片应力并不具有相同的泄漏率，垫片应力与泄漏率不具有一一对应关系，无法直接利用操作状态下垫片应力去预测泄漏率。

为此本发明提出一种基于垫片相对压缩变形量的法兰连接泄漏率预测方法，引入“流导”的概念，解决垫片不均匀压缩变形情况下泄漏率的预测问题。

发明内容

本发明的目的在于解决不均匀压紧垫片法兰连接泄漏率预测问题，提出了一种基于垫片相对压缩变形量的法兰连接泄漏率预测方法，引入“流导”的概念，考虑垫片不均匀压紧的情况，通过流导积分解决垫片不均匀压缩变形情况下泄漏率的预测问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种法兰连接泄漏率预测方法，该方法包括以下内容；

设垫片本身的泄漏通道半径r_j和泄漏通道数量k与垫片相对压缩变形量之间存在负指数关系，分别将泄漏通道半径和泄漏通道数量用关于垫片相对压缩变形量的函数表示，将基本泄漏率表示为与垫片相对压缩变形量相关的形式，得公式(6)的基本泄漏率预测模型：

式中，h为介质的动力粘度；p_i、p_o为毛细管进、出口压力；p_m为毛细管进、出口平均压力；Ls表示基本泄漏率；α、n为待定常数，通过试验拟合获得；d_i、d_o分别为垫片压紧内径与外径，l为垫片压紧宽度；δ_a为垫片压缩变形量，T_a为垫片厚度；

进行垫片循环压缩回弹试验，记录垫片泄漏率、垫片压缩变形量、垫片应力、垫片厚度，求得垫片相对压缩变形量，获得垫片应力与垫片压缩变形量之间的关系曲线及泄漏率与垫片相对压缩变形量之间的对应关系；

根据试验获得的泄漏率与垫片相对压缩变形量之间的对应关系确定公式(6)中的待定常数α、n的值，进而确定基本泄漏率预测模型的表达式；

根据法兰连接结构及载荷的对称性建立三维有限元模型，模型中充分考虑螺母与法兰、法兰压紧面与垫片的接触，垫片性能采用上述垫片循环压缩回弹试验获得的垫片应力与垫片压缩变形量数据，进行预紧及操作工况计算，进而获取操作工况下的垫片压缩变形量分布；

然后引入“流导”概念，将流导表示为与垫片相对压缩变形量相关的式子，再根据上述获取的操作工况下的垫片压缩变形量分布，通过分别沿径向与环向积分，求得不均匀压紧垫片的流导，将不均匀压紧垫片的流导乘以毛细管进出口压力差，获得非均匀压紧法兰连接泄漏率预测模型；

根据非均匀压紧法兰连接泄漏率预测模型，在已知相对压缩变形量的情况下能够获取不均匀压紧垫片法兰连接泄漏率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：