[发明专利]一种环型组合五金密封件密封性能测试方法

说明书

本发明提供了一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，包括如下步骤：(1)建立蠕变计算模型；(2)对固定寿命的环型组合五金密封件的蠕变强度进行计算；(3)通过计算结果分析环型组合五金密封件的高温密封性能，蠕变强度增强的位置高温密封性能变差，步骤(1)包括：(1‑1)建立环型组合五金密封件的有限元模型；(1‑2)建立高温蠕变本构方程模型；(1‑3)建立基于孔洞长大理论的多轴蠕变模型。采用蠕变强度和蠕变寿命计算评估进行密封性测试的方法，从而反应材料孔洞长大微观实效机制，并考虑复杂高温下环型组合五金密封件的多轴效应。

技术领域

本发明涉及密封测试领域，特别是涉及环型组合五金密封件密封性能测试 方法。

背景技术

环型组合五金密封件因为其优越的密封性能被广泛应用在汽轮机等重要机 械设备的阀门中。随着运行参数(温度、压力)不断提升，环型组合五金密封 件承受的蠕变越发严重从而影响其密封性能。现有技术都是通过对环型组合五 金密封件进行实况测试或者一些模拟研究，如通过有限元软件ABAQUS对超超 临界汽轮机高压进汽连接部件多种密封结构进行蠕变强度和密封性能的对比分 析，根据蠕变计算结果对密封进行优化改进，提高了密封效果和运行可靠性。 另外对联接管法兰密封组件进行了有限元分析，考虑了螺栓预紧和法兰面对密 封垫的接触作用，获得了典型工况下的应力和变形分析规律。法兰密封失效是 核电压力容器最基本的失效形式之一，对法兰密封系统进行弹塑性接触分析和 瞬态传热耦合计算。高温螺栓-法兰-密封系统紧密性评价认为高温蠕变松弛对密 封变形和老化有重要影响。对于高温下的工程构件，由于受到热-机械载荷的共 同作用，在加上结构形状的差异，热膨胀受到约束或是温度梯度等因素的影响， 多处于复杂应力状态即多轴性状态，环型组合五金密封件也不例外，通常，材 料的力学性能数据是在实验室里单一环境、单轴试样条件下取得的，利用单轴 试验结果推演多轴应力状态下力学行为的研究。多轴蠕变强度理论经历了不同 的发展阶段，然而，现有技术的多轴蠕变设计方法比较弱，相关规范的制定相 对滞后，接触密封蠕变强度与密封性能测试方法还没有。

发明内容

本发明的发明构思在于考虑一种采用蠕变强度和蠕变寿命计算评估进行密 封性测试的方法，从而反应材料孔洞长大微观实效机制，并考虑复杂高温下环 型组合五金密封件的多轴效应。

为此，本发明的目的在于提供一种环型组合五金密封件密封性能测试方法， 包括如下步骤：

(1)建立蠕变计算模型；

(2)对固定寿命的环型组合五金密封件的蠕变强度进行计算；

(3)通过计算结果分析环型组合五金密封件的高温密封性能，蠕变强度增 强的位置高温密封性能变差。

优选的，所述步骤(1)包括：

(1-1)建立环型组合五金密封件的有限元模型；

(1-2)建立高温蠕变本构方程模型；

(1-3)建立基于孔洞长大理论的多轴蠕变模型。

优选的，所述步骤(1-1)计算对区域包括环型组合五金密封件及其周围的 阀盖、阀壳区域，并考虑计算域几何形态及热学、力学边界条件特征，计算确 定在三维轴对称坐标下进行，确定计算时域为环型组合五金密封件的工作寿命 时长从而完整考察整个寿命期内蠕变松弛对密封性能和强度的影响。

优选的，所述环型组合五金密封件四周的阀门和密封分别采用四节点四边 体非结构化和八节点四边形非线性热力耦合单元，环型组合五金密封件与阀门 的接触部位分别进行网格加密处理，阀门外侧暴露在大气环境中，环型组合五 金密封件承受阀门内外腔与大气环境之间最大蒸汽压差，计算域的约束为阀体 底边Y向位移，环型组合五金密封件外径处上下端面和圆柱面受阀壳和阀盖的接 触约束，环型密封上臂外侧的接触面受阀盖约束，下臂外侧接触面受阀壳约束。