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石墨垫片密封性能分析及设计方法研究

姜露 傅孝龙 蒲卓 田俊

姜露, 傅孝龙, 蒲卓, 田俊. 石墨垫片密封性能分析及设计方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 168-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090004
引用本文: 姜露, 傅孝龙, 蒲卓, 田俊. 石墨垫片密封性能分析及设计方法研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 168-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090004
Jiang Lu, Fu Xiaolong, Pu Zhuo, Tian Jun. Study on the Sealing Performance Analysis and Design Method of Graphite Gasket[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 168-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090004
Citation: Jiang Lu, Fu Xiaolong, Pu Zhuo, Tian Jun. Study on the Sealing Performance Analysis and Design Method of Graphite Gasket[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 168-174. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090004

石墨垫片密封性能分析及设计方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090004
详细信息
    作者简介:

    姜 露(1991—),男,高级工程师,现从事反应堆结构力学分析与设计研究,E-mail: drsi-d1202@npic.ac.cn.com

  • 中图分类号: TL35;TB125

Study on the Sealing Performance Analysis and Design Method of Graphite Gasket

  • 摘要: 为系统研究石墨垫片密封性能分析及设计方法,本文以试验测试、理论计算和数值模拟相结合的手段,建立了石墨垫片力学变形数值分析模型、螺栓-法兰-垫片三维密封分析模型,对垫片压缩回弹特性曲线、螺栓-法兰-垫片协调变形机理、典型工况下密封面接触应力变化规律等进行了研究。研究结果表明,垫片压缩回弹过程具有较强的非线性,整体可分为4个典型变形阶段;压缩回弹数值模拟结果与试验曲线结果吻合良好,数值分析方法正确有效;螺栓-法兰-垫片密封数值分析结果表明,预紧、操作工况下的垫片应力和密封比压力满足性能要求;瞬态工况中,介质压力和温度梯度导致增加的轴向载荷主要由外金属环承担,足够的外金属环径向尺寸对于确保石墨环密封稳定性是非常重要的。

     

  • 图  1  石墨垫片结构示意图

    1—金属外环;2—石墨环;3—金属内环。

    Figure  1.  Structure Diagram of Graphite Gasket

    图  2  石墨垫片工作状态示意图

    Figure  2.  Working State Diagram of Graphite Gasket

    图  3  石墨垫片压缩回弹试验曲线

    Figure  3.  Compression-resilience Test Curve of Graphite Gasket

    图  4  石墨垫片压缩回弹数值分析模型

    Figure  4.  Compression-resilience Numerical Analysis Model of Graphite Gasket

    图  5  加卸载过程接触应力分布情况

    Figure  5.  Contact Stress Distribution of Graphite Gasket during Loading/Unloading Process

    图  6  试验与数值分析压缩回弹曲线对比

    Figure  6.  Comparison of the Compression-resilience Curve of Test and Numerical Analysis

    图  7  螺栓-法兰密封分析模型

    Figure  7.  Analysis Model of Bolt - Flange Seal

    图  8  预紧工况垫片变形量及密封面接触应力

    Figure  8.  Gasket Deformation and Contact Stress of Seal Surface at Preload Condition

    图  9  操作工况垫片变形量及密封面接触应力

    Figure  9.  Gasket Deformation and Contact Stress of Seal Surface at Operating Condition

    图  10  石墨环径向和周向密封面接触应力分布

    Figure  10.  Contact Stress Distribution on Radical and Circumferential Seal Surface of Graphite Ring

    图  11  瞬态工况密封结构温度和应力分布情况

    Figure  11.  Temperature and Stress Distribution of Seal Structure at Transient Condition

    图  12  瞬态工况4000 s时刻垫片接触应力分布情况

    Figure  12.  Contact Stress Distribution of Gasket at Transient Condition of 4000s

    图  13  瞬态工况下石墨垫片接触应力随时间变化

    Figure  13.  Variation of Graphite Gasket Contact Stress at Transient Condition with Time

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-27
  • 修回日期:  2024-11-27
  • 刊出日期:  2025-08-15

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