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大直径透镜式金属密封圈研究(二)
http://www.qdrjzc.com 2018-07-17 编辑:青岛瑞精机电设备有限公司
透镜垫密封圈有限元分析通过有限元方法对18 吋透镜垫密封圈和相配合法兰的工作状态进行模拟,分析二者的应力分布情况。由于法兰-密封圈系统是严格的轴对称结构,同时又关于密封圈中面呈镜像对称,因此可以只针对1/2 径向剖面进行有限元分析,如图2 所示。在提高建模效率的同时也大大节约了机时。模型中规定网格尺寸采用映射分网方法,接触面附近进行网格加密。表2 参数符号注释表符号注释di 法兰或法兰面的内径dD 轴承型号密封圈直径设计值d′D密封圈直径中间计算值d1 密封圈内径d2 密封圈外径d5 法兰内斜面的外径h1 密封圈在d1处的高度hD 密封圈在dD 处的高度h2 密封圈在d2 处的高度x 两法兰端面之间的距离r 密封圈球面半径圆整值r′ 密封圈球面半径计算值。
金属密封的工作原理决定了密封圈的硬度应略低于法兰,因此透镜垫和法兰材质分别选用316 不锈钢和12Cr2Mo1[4-5]。316不锈钢的弹性模量为(2.0×105)MPa;12Cr2Mo1 属于低合金热强钢,弹性模量取(2.06×105)MPa;二者的屈服强度均为310 MPa。创建密封面接触对时,透镜垫上的接触面选用CONTA172 单元,法兰上的目标面选用TARGE169 单元。模型内压为34.5MP,这一压力作用于密封圈、法兰内表面以及二者接触点的内侧。在法兰的斜肩上施加6210kN 轴向集中载荷,这一工作预紧力是根据ASME 相关规定计算得到的[6]。鉴于模型的镜像对称性,限制密封圈中线竖直方向的位移。模型加载和边界条件情况,如图3 所示。18 吋透镜垫的应力分布情况,如图4 所示。最大等效应力值是241.5MP,现在接触点附近。接触压力的大小决定了最终的密封效果,理论上当接触压力大于需要密封的压力时,就可以形成安全的密封。法兰和密封圈之间的接触压力383.0MP,如图5所示。
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