高压锁环式快开盲板的轻量化设计与结构优化
节能与环保一直是国际上关注的重大问题，天然气作为一种清洁能源，得到工业及民生领域的广泛应用。在中国于2019年底，新成立了国家管网公司，这标志着天然气管道的建设将在西气东输工程之后进入一个新的阶段。快开盲板是广泛应用于天然气过滤器设备端部的，一种可以实现门盖快速启闭的装置，以便于其内部滤芯更换，快开盲板主要由门盖、锁环、高颈法兰、密封圈、安全联锁装置、开门铰链机构等组成。随着近些年随着天然气需求日益增加，输送管线进行了大规模的建设，然而对于高压力，大直径的快开盲板的需求，则主要为进口国际产品，少量的国内厂家自主设计制造能力不足，有的也主要靠仿制。因此进行快开盲板的国产化设计制造及研制是很有必要的。本论文是为解决国内某快开盲板设备生产企业在国产化研制及应用中遇到的多种问题，开展的针对性设计研究及改进，同时借助于有限元软件进行仿真与优化。具体研究内容如下: 1.厂家生产的快开盲板产品与市场上同类产品对比，在同等工况下使用的材料更多，成本更高，仍有很大的优化空间。参考相关的常规设计标准，针对厂家提供的100多种不同工况的快开盲板进行常规设计;参考JB4732-2014的相关规定，利用有限元分析软件ANSYS Workbench对每一种型号的产品进行有限元的校核;着重对门盖与法兰进行轻量化设计，并根据优化后的计算校核公式设计一套30MPa，800mm的高压快开盲板。 2.针对现有的快开盲板密封圈挤出严重的问题，改进了一种新型无骨架鞍形密封圈。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对密封结构进行详细分析，得到密封圈关键尺寸与密封圈的应力应变分布以及装配间隙处的局部挤出状态的关系，从而确定了合理的设计参数。并与以往的鞍形密封圈的防挤出效果进行对比。该设计已获得国家专利。 3.锁环槽处受锁环长时间，是大应力的集中处，容易产生裂纹。高压力大直径的快开盲板的内部介质为易燃易爆的天然气，若发生断裂失效事故后果不堪设想。所以需要进一步从结构的安全可靠性角度出发，以断裂力学为基础，对快开盲板锁环槽出应力集中部位上假设的环向裂纹进行应力强度因子的研究。 4.为了推进工业生产的智能化，减少人工负担。本论文采用Visual Basic.NET语言开发了一款集设计、计算、校核、出图等功能于一体的智能软件平台。该软件可以快速批量的对快开盲板进行常规设计以及有限元的分析校核，大大提高了设计效率。
天然气过滤器;高压锁环式快开盲板;轻量化设计;结构优化
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
陈平
2020
中文
TE974
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）