(1)密封系統(tǒng)變形協(xié)調(diào)性分析

平焊法蘭連接密封系統(tǒng)主要由一對(duì)法蘭、一個(gè)墊片、數(shù)個(gè)螺栓螺母組成。其密封過程也是預(yù)緊、升壓、升溫、正常運(yùn)行、停工和重新開工等工況下各個(gè)元件間發(fā)生變形協(xié)調(diào)的過程。本文研究將法蘭連接系統(tǒng)作為一個(gè)整體，考慮到高溫高壓下法蘭上的應(yīng)力、墊片應(yīng)力、螺栓應(yīng)力以及法蘭變形、墊片變形、螺栓變形情況，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的載荷一變形分析，建立法蘭力矩平衡方程和變形協(xié)調(diào)方程，并建立高溫蠕變法蘭變形協(xié)調(diào)方程。

(2)墊片表面殘余應(yīng)力分析

在研究國(guó)標(biāo)法蘭時(shí)一般強(qiáng)度時(shí)足夠的，但法蘭的剛度并非   大，在螺栓預(yù)緊力和介質(zhì)壓力的作用下法蘭產(chǎn)生   的翹曲變形，使得法蘭盤有所偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角達(dá)到某一值時(shí)密封就會(huì)失效，而發(fā)生泄漏。本文研究的是環(huán)連接面的法蘭，墊片采用的是八角墊片，由于法蘭接頭存在結(jié)構(gòu)和接觸、材料等多種非線性，考慮接頭各元件間的相互作用，可把國(guó)標(biāo)船用法蘭連接接頭當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)來分析。采用有限元ANSYS軟件分別對(duì)預(yù)緊和操作工況下法蘭的應(yīng)力應(yīng)變，墊片表面殘余應(yīng)力分布進(jìn)行研究，對(duì)法蘭剛度和密封的關(guān)系進(jìn)行定性分析。

(3)法蘭剛度計(jì)算

設(shè)備碳鋼法蘭的高溫高壓給密封帶來了很多的技術(shù)難題。隨著設(shè)備溫度和介質(zhì)壓力的增加，墊片上的壓緊力就會(huì)減小，那么所需螺栓力就會(huì)增大，則螺栓力對(duì)中心的彎矩增大，從而使得法蘭的剛性降低。螺栓彎矩的增大及法蘭剛度的降低都會(huì)導(dǎo)致法蘭發(fā)生翹曲變形和偏轉(zhuǎn)，作用在墊片表面的殘余應(yīng)力在徑向會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重分布不均勻。通過對(duì)法蘭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和變形分析，得出設(shè)備法蘭的剛度計(jì)算方法，總結(jié)法蘭剛度的分布規(guī)律，從理論上揭示高溫下法蘭密封失效的機(jī)理。