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金属缠绕垫泄漏率预测精度需要对泄漏形成原因

    吊装孔是船舶舱室等设备结构的重要贯穿件之,也是主要的泄漏源之,因此有必要开展吊装孔螺栓一法兰一金属缠绕垫密封结构的泄漏率顶测和控制开展研究。将接触界面视作复杂微孔结构,基于多孔介质渗流理论确定r接触界面微孔结构及其变形与气体输运之间的定量关系,构建接触密封泄漏率机制模型。该模型综合考虑微观接触界面流动分析与宏观结构力学分析,且小依赖于实验回归系数,对非标准法兰密封结构设计具有重要指导意义。结合三维有限元力学分析,采用所提出的模型对吊装孔螺栓一法兰一连接结构的泄漏率顶测,并定量分析多种因素的影响,包括螺栓顶紧力、法兰宽度、金属缠绕垫厚度、螺栓个数、螺栓直径等。计算结果表明:在其他条件小变的情况下,单独增大顶紧力、金属缠绕垫厚度或螺栓个数,可以减小高介质压力下的泄漏率,而改变螺栓直径对泄漏率基本没有影响。以最小泄漏率为指标,采用正交试验法对吊装孔密封结构进行优化设计,计算得出最优方案下的泄漏率与最大泄漏率相比下降。
    吊装孔是操作及维修人员进人舱室,核反应堆安全壳等设备结构的通道,保持其良好的密封性能对于设备安全具有重要的意义。目前常采用的吊装孔结构为上端带密封法铸的圆筒体结构,其密封属于典型的接触密封,常采用螺栓一法铸一金属缠绕垫结构的形式。这类结构虽然在船舶和能源化工等领域中被广泛应用,但其泄漏率预测方法的研究并不完善2一3。三维有限元力学分析是这类结构分析的常见手段4-6,但其主要研究目的是确保这类结构的力学设计合理性对其密封特性的研究指导有限。一些研究者提出以紧密度为指标制定大日径螺栓法铸密封结构的设计规范7一9,彰显出泄漏率控制的重要性。然而,实施这一规范的关键在于能够对法铸密封结构的界面泄漏率进行准确定量预测,而这显然是一个极具挑战性的任务。指出,提高金属缠绕垫泄漏率预测精度需要对泄漏形成原因及其机制描述进行更深人的研究。
    界面泄漏形成原因是两密封面因机加工的粗糙度而形成泄漏通道。泄漏机制模型就是能够准确描述泄漏通道微观形貌与气体输运之间的定量关系的模型。已有的泄漏机制模型包括平行圆板模型、三角沟槽模型、基于统计学粗糙表面形貌的泄漏率模型和基于粗糙表面分形表征的泄漏率模型。但这些模型非常依赖一些无法测量的细致结构参数导致包含大量经验回归系数,不仅限制了模型的推广应用,也降低了预测的准确性。提出采用微尺度流体力学数值模拟方法研究流体在粗糙面间隙中的流动特性,并结合粗糙峰微观力学分析,构建了界面泄漏机制模型。这一研究为建立不依赖经验参数的泄漏机制模型开拓了一条新路径,但上述研究所提出的模型主要针对金属金属缠绕垫硬密封,不宜直接推广用于非金属金属缠绕垫软密封。由于密封材料的力学特性的差异,软密封材料的界面接触力学变形更为明显,气体在其中的泄漏通道也更为蜿蜒曲折。因而,对非金属软密封接触界面更适合采用多孔结构描述。www.hbxsmf.net

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