文档介绍：特殊机械密封结构的密封特性分析
作者：曹明贺寅彪
国内某核电站改造项目中，要求对其中的承压部件按照规范进行应力分析以及疲劳分析。在承压部件中部，通过夹具和螺栓压紧上下法兰以及其中的一个特殊的密封圈来实现机械密封。但是在未作实际操作之前无法得知在施加预紧力之后密封结构是处于何种状态的，无法继续对承压部件进行应力分析。为此对该结构进行数值模拟分析，不仅为机械密封提供支持性材料，同时也为承压部件的应力分析提供载荷。
1结构及参数

该承压部件安装在管座上，其承压边界部分主要由上下法兰和管座共同组成。下法兰与管座之间采取梯形螺纹连接，并以omega焊密封。上下法兰之间加金属垫片，并使用螺栓和夹具压紧以实现机械密封。顶部依靠螺栓预紧，在热电偶导管与上法兰之间产生作用力实现机械密封，热电偶承压部件结构简图见图lo 由图1可以发现，在未作装配或分析之前不能清楚的得知预紧力会使整个结构处于怎样的状态以及上下法兰与密封圈之间的作用力大小。
图1承压部件结构简图及密封结构实际装配
1,上法兰；2,夹具及螺栓；3,下法兰

上下法兰、密封圈、夹具以及螺栓所使用的材料及其性能如表1所示。
表1材料机械性能表

,密封预紧力F=15563N。

,密封预紧力FT5563N。
图2轴对称截面上力分解示意图
图3水平方向力分解示意图
假设夹具与法兰接触面上有接触压力为P，如图2和3所示，有
所以，接触压力p=。
2计算模型

密封是一个典型的非线性接触问题，而计算中还需考虑材料特性的非线性（
图4密封结构有限元模型及轴向位移约束条件
图5计算模型的载荷（接触压力和内压）示意

分布施加载荷，先加接触压力，然后加内压，卸载顺序与加载相反，加载路线分别示于图6、7。图6中abed表示接触压力加载过程（其中be之间考虑法兰与垫圈之间的接触情况，为提高计算精度适当放慢加载速度）,de间对应内压载荷加载卸载过程（图7）, ef表示接触压力卸载过程。
3计算结果

图