新型高壓自緊式法蘭的有限元分析與安全校核

范曉明，袁德裕，盧曉斌，湯美成

(1.武漢理工大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430070；2.高安市璐克斯機械有限公司，江西 高安 330800)

管道輸送流體物料在石油、化工和機械等領(lǐng)域應用廣泛[1]。但是，管道連接處往往是最薄弱的環(huán)節(jié)，特別是運送高壓、高溫流體的管道更易發(fā)生泄漏[2]。法蘭連接是一種常見的管道連接方式。傳統(tǒng)法蘭依靠螺紋連接緊固結(jié)構(gòu)，法蘭受到較大的彎矩作用，工作時管內(nèi)流體的內(nèi)壓會造成密封線沿管道軸線松弛，這將導致法蘭與墊片之間的密封性降低[3-6]。目前，歐美發(fā)達國家的高壓管道主要采用Grayloc、Vector等高壓自緊式法蘭。該類法蘭密封設計合理，整體強度大，在高壓管道中能提高密封性能，實現(xiàn)自緊密封，增強了管道運輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性[7]。國內(nèi)的高壓管道連接普遍使用傳統(tǒng)法蘭，重點工程基本依靠進口，成本高，安裝、維護也不方便。

針對國內(nèi)高壓自緊式法蘭的研發(fā)現(xiàn)狀，筆者通過結(jié)構(gòu)改進設計了一種新型的高壓自緊式法蘭。由于在不同工作條件下，管道中流體的壓力、溫度對其正常使用及材料選擇具有重要影響。ANSYS有限元分析技術(shù)具有較先進的接觸分析功能[8]。因此擬采用ANSYS Workbench對Pro/E建立的規(guī)格2″的實體三維模型進行研究，分析其在不同流體壓力和工作溫度下的應力狀態(tài)和密封性能，探討其合理安全使用的工作壓力和溫度范圍，以為實際應用提供理論參考依據(jù)。

1 改進型機械自緊式法蘭的基本組成

新型高壓自緊式法蘭(規(guī)格2″)的管道連接系統(tǒng)由金屬墊圈、套節(jié)、卡套和螺栓、螺母組成，具體如圖1所示。……