天津理工大学张杨毕业设计螺栓腐蚀的法兰夹具的设计与分析

天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书1第一章 绪论光阴荏苒，岁月如梭，几十年过去了，带压密封技术也基本成熟了，形成了多种密封施工措施，包括注射法、压力密封、紧固，密封，填料箱泄漏，密封等。在现代工业堵塞的过程中已经起到了不可忽略的作用。这里给大家介绍下带压密封技术的发展历程和在国内外所研究的状况即所遇到的难题。1.1 研究背景和意义最早来说，带压密封技术起源于美国 1922，经过这么多年来的发展，目前，此项技术已经在很宽泛的领域得到了很广泛的应用。当法兰、管道等带压部分的制造设备泄漏时，可在没有任何影响的前提下，通过运用这个技术实施密封，安全有效地解决泄漏问题。在 1983 年，通过试验，对中国的技术差距充满这部技术水平，它是一个新的技术维护。国家“75”的时期，压力密封技术，广泛普及的高科技技术。石油、化学工业、冶金、电力、流体的储存、运输等连续生产企业。前提是要对密封剂做出准确的选择，然后夹具设计水平就可以决定了压力蜜蜂件现场操作的成败。所以说，在压力密封技术中设计出好的家具便有着相当重要的作用。中华人民共和国行业标准HG/T 20201-2007 带压堵漏技术标准已在 2007 年国家发展和改革委员会在批准三十号公告正式颁布实施。本规范是国家标准在密封行业区域颁布的第一个技术要求规范，可以说相当重要。同时也意味着带压密封技术已经成为了流程企业一项必不可少技术之一。1.2 国内外发展状况国内方面：时光荏苒，岁月如梭，很快的经过几十年的发展，这项技术变得基本熟练，并研究了各种施工办法，如注射法、堵漏压法、紧固法、封箱、填料箱、密封等。于此同时，由国家质检总局、国家标准化管理委员会批准 GB/T 26467-2011压力设备的密封技术规范的发布，GB/T 26556-2011压力设备压密封技术 ，GB/T 26468-2011承压设备带压堵漏夹具设计规范三个系列的国家标准，已于 2011 年 12 月 1 日开始实行的三个规范。国外方面：目前已知的从事带压密封技术的企业有 Fabricom GDF SUEZ、Nicco Engineering Services、Petroseal、Furminite 和 Unique Maritime 等。据现在已知的资料了解到这五家公司在提供服务以及使用密封剂方面都有所不同。并且，美国使用的密封剂在抵抗高温方面是远低于中国水平的。天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书11.3 项目简介一个包括信封密封泄漏夹具填补综合技术，填充密封腔形成一个新的密封比密封剂注入压力，对四个部分的密封技术的新的密封结构，实现建立密封胶专用工具。夹具（带压力密封技术）定义：安装部分在泄漏的缺陷处，形成密封腔，提供强度保证和刚度保证压力金属部件。专用夹具由两部分组成，分别是本体耳板和紧固螺栓。当法兰连接螺栓发生锈蚀时泄漏，以往的办法是更换腐蚀螺栓。用 G 型卡兰夹住法兰两侧，卸下腐蚀的螺栓，更换新的螺栓，用常规的密封剂进行堵漏。这样做非常危险，因为当管道内部压力较高的时候，更换腐蚀螺栓很容易导致结构爆裂，特别是有毒有害气体，液体，高温高压工况。国家每年因为螺栓腐蚀堵漏形成人员被伤的事故总有出现。本产品的目的是克服现有技术的不足，提供一种安全可靠的螺栓腐蚀法兰夹具。该夹具的结构和以往常规家具略有不同，本实用新型包括钳体，夹体为圆柱形，由至少两部分组成，每个侧壁上必须有耳板，耳板上设置有螺栓连接孔。每两部分之间通过孔内的螺栓连接，戒指是一个凸棱在夹具本体内壁上，所述侧壁设有多个通在夹具本体的两端的喷油螺杆孔凸顶面设有多个各紧固螺丝口连接螺栓的紧固螺钉孔，侧墙法兰螺栓拧紧可以紧密排列在槽。本产品的突出优点是：使用这种夹具，可以在不改变腐蚀部件的前提下有保障地完成密封：法兰螺栓的保护很好，可以避免使用其他方法，当密封剂注入时，螺栓被折断，使安全性能得到了提高。天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书1第二章 泄漏与密封机械设备的常见故障之一是泄漏，这会对企业和社会制造出很大损失与伤害。而引起泄漏的可能原因有机械加工存在问题即机加工的表面存在各种各样的缺陷和密封两边存在压力差。只要消除其中一个问题就可以防止泄漏，达到密封的效果。2.1 法兰的泄漏2.1.1 泄漏引发事故的比例泄漏的危害是相当严重的，根据全球事故的调查与分析，总结出了由于泄漏引起的的各种问题及其部门所占的比例，见表 2.1：表 2.1 泄漏引发结果的表现形式引发结果部门石化火灾 12.90% 22.80%爆炸 3.30% 10.10%大气污染 10% 1.30%水质污 14.80% 11.40%中毒 14% 2.50%2.1.2 泄漏的危害第一，造成环境污染；第二，造成经济损失；（直径为 3mm 小孔，1MPa,24 小时，9.6 吨水）第三，造成设施的安全使用寿命收缩；第四，引发火灾或爆炸。天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书12.1.3 法兰泄漏的形式法兰用垫片来密封，有石棉，石墨，聚四氟乙烯等材料，但因为这些材料质地疏松，严密性差，材料内部有相当多的的细小型间隙，管道液体穿过间隙就能穿越垫片，尤其是存在压强的条件下，当管道液体穿越到低压面来，称之为渗透泄露。垫片界面与法兰界面之间也存在微型缝隙，介质也可以通过此处的缝隙渗透，这称之为界面泄露。如图下：2.2 密封技术2.2.1 密封的含义1. 密封定义：防止或切断隔离物上传质的有效方法2. 密封原理：添加管道液体在渗透间隙中的活动阻力。如图： P2 为内压， P1 为外压，内外压差 P2-P1 为P。渗透介质由 A 点渗透到 B 点，阻力降为PAB，此时判断：当PABP2-P1 时，设备不漏，反之，设备发生泄漏。 图 2.6 密封原理图P2 BAP1天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书12.2.2 密封形式动密封 （存在压力时注射、沾接、焊接等）密封静态密封（停车检修，没有流动、压力）静密封动态密封（例如汽车活塞环密封）1.密封机理 图中的密封面和垫片是一个放大的微几何体。当垫圈静放在密封平面上时，垫圈没被压紧，此时是非塑性变形，管道液体可以从垫圈表面处流过。当垫片被压紧时，垫片拌随挤压走形，后来压力一点点变大，垫片的走形越来越严重，被挤成致密的盖槽，挤满山谷，形成阻止管道液体穿透的表面。在垫片的作用下，在一定的塑性变形下，还具有一定的弹性变形，当密封面受某些因素影响时，两面间距变大，因为垫片具有回弹性，所以会变厚，填充密封面，进而防止泄漏。图 2.9 垫片的密封机理2.密封垫片密封垫片是法兰封闭的不可或缺的部件。保证法兰严密的主要要求就是垫片的走形及回弹力。垫片种类分有纯金属、纯非金属和金属与非金属混合制的垫片。其形状如下图所示：天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书1图 2.10 垫片断面形状(a) 非金属软垫片；(b) 金属包垫片；(c) 不带定位圈的缠绕垫片；(d) 带定位圈的缠绕垫片；(e) 八角金属垫片；(f) 透镜金属垫片第三章 螺栓腐蚀的法兰夹具的设计与计算随着带密封技术变得逐渐成熟与发展，设想算出好的家具就变的越来越重要。而我研究的主要方向就是螺栓腐蚀的法兰夹具。所以这里给大家介绍下法兰夹具的组成、结构，并且通过现有的专业知识对其各参数进行公式推导，来确定所需法兰夹具的尺寸，为接下来的绘图奠定基础。3.1 夹具简介3.1.1 夹具的作用当法兰连接螺栓腐蚀时，会发生泄漏，以往的办法是更换腐蚀螺栓，用 G 型卡兰夹住法兰两侧，卸下腐蚀的螺栓，更换新的螺栓，用工具和密封剂进行堵漏。这样做非常地危险，因为当管道内部压力较高时，更换腐蚀螺栓易导致结构爆裂，特别是有毒有害气体，液体，高温高压工况。国家每年因为螺栓腐蚀堵漏造成人员伤亡事故时有发生。存在压强的情况下，堵漏作业的要求，是指戒指渗透情况下的紧急救援工作，应综合考虑操作过程，包括工作条件和渗透情况，顺利且有保障的解决泄漏难题，避免能源资源浪费和杜绝恶性事故发生时非常必要的，常规的法兰夹具并不能满足因腐蚀或泄露使螺栓强度不足的要求，也不能满足线密封法兰泄露的要求。天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书1所以，设计此法兰夹具，它可以保证在原来的状态，把泄露的部位安全可靠地修复。3.1.2 夹具的组成存在压强的前提下，密封渗透技术包括四个部分，由专用家具、密封剂、专用工具和堵漏操作技术构成。专用夹具由本体和紧固螺栓组成。3.1.3 螺栓腐蚀夹具结构图图 3.1 夹具三维造型图天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书12ctcPDS m图 3.2 夹具三视图3.2 螺栓腐蚀的法兰夹具各参数的确定3.2.1 法兰夹具轮廓尺寸的确定1. 主管法兰夹具尺寸的确定泄漏法兰的外径是知道的，这里用 X 表示。密封垫圈的厚度，即法兰副的空腔高度，一般也可直接测量，故夹具的内径 D 为 D=X mm。管内物质温度和压力都不算高时，可选小的用；反过来，管内物质温度和压力都不小时，可取大的那一个。 2. 夹具壁厚 S 的确定Pc 夹具设计压力，MPa t 温度作用下材料许用应力，MPa 夹具本体焊接系数；天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书1D 夹具本体计算直径，mm焊缝系数 双面对接焊取 10.85单面对接焊取 0.9 0.80如果代入数据以后算出的数值小于 14mm，则取 14mm.如果壁厚大于 14mm，则取计算值，并圆整为整数。3. 夹具外径的确定即 D2 =D+2S4. 夹具长度 L 的确定夹具的长度一定要能包容法兰空腔，并且两侧均有适当的余量，一般取法兰副厚度加空腔高度。这样，L 的最小值就能确定了。5. 夹具的轴向长度 L为便于安装，夹具必须做成剖分式的，故应焊有连接耳板，其轴向长度与夹具等长为 L。6. 注剂孔夹具上应设有注入密封材料的孔通道。注剂通的数量由所涉及的家具的尺寸大小来决定，一般通道孔中心与紧邻的通道孔孔中心之间的尺寸限制在 10cm 以内。3.2.2 耳板厚度计算1. 耳板厚度示意图天津理工大学 2017 届本科毕业设计说明书1图 3.3 耳板厚度示意图2. 应用公式 公式 3.2tCbDLPt