Model obliczeniowy metalowej wysokociśnieniowej uszczelki typu "B"

• Autorzy: Ryś J. , Szybiński B. , Trojnacki A.

Warianty tytułu

EN

Computational model of high-pressure metallic wave-ring gasket - type "B"

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rozłączne zamknięcia z uszczelkami typu "B" są znane od dawna. Pierwsze zastosowania w konstrukcji aparatury wysokociśnieniowej zanotowano ponad 70 lat temu. Należy jednak zwrócić uwagę, że w odróżnieniu od innych typowych połączeń (np. kołnierzowo-śrubowych), w literaturze można znaleźć stosunkowo niewiele teoretycznych i doświadczalnych opracowań na temat połączeń z uszczelką typu .B"- Brak również sformalizowanych procedur doboru takich uszczelek. Wobec tego geometryczne i fizyczne parametry połączenia w konkretnym zastosowaniu przyjmuje się raczej intuicyjnie niż na podstawie odpowiednich zaleceń, wynikających z obliczeń wytrzymałościowych. W niniejszym artykule przedstawiono i przeanalizowano kilka modeli obliczeniowych metalowej uszczelki typu "B", przeznaczonej do pracy w wysokociśnieniowych zbiornikach i rurociągach. Do obliczeń uszczelka została zamodelowana osiowo-symetryczną powłoką walcową, podpartą lokalnie na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni gniazda połączenia. Po rozwiązaniu klasycznych równań różniczkowych, opisujących zachowanie się uszczelki pod obciążeniem, otrzymano rozkłady ugięć, sił i momentów wewnętrznych wzdłuż szerokości uszczelki. Na ich podstawie sporządzono rozkłady naprężeń i wytężenia materiału uszczelki na jej szerokości. Wyniki obliczeń zamieszczono dla wybranej, technicznie uzasadnionej geometrii połączenia oraz ustalonego ciśnienia i porównano z numerycznym podejściem z zastosowaniem MES. Praca jest kontynuacją wykonanej wcześniej przybliżonej analizy analogicznego uszczelnienia. Celem pracy jest wybór prostego i dobrze zweryfikowanego modelu obliczeniowego, który mógłby zostać zastosowany do opracowania stosownych przepisów i procedur doboru cech konstrukcyjnych uszczelek typu "B".

EN

The wave-ring gasket is a certain type of self-sealing gaskets in moderate use for very high pressure chemical equipment. Pressure is exerted on the entire inner surface, forcing a seal on the two outer radii of the working surface. The gasket is manufactured slightly oversized, so that an interference fit is obtained in the seat. The gasket is usually made of soft steel while the seat is hardened. No external force need be brought to bear on the closure for the purpose of effecting the seal. Temporary closures with wave-ring gaskets were developed several years ago. Nevertheless, no procedures exist which can be applied in design projects of the gaskets. Actually, dimensions of wave-ring gaskets, their material and the initial interference vary quite widely and depend in general on the applied pressure, although the joints function properly. In each individual case of technical application a set of expensive and time-consuming calculations must be carried out. The paper deals with the stress-strain analysis of the wave-ring gasket. Several analytical computational models of the closure are presented in the paper. The investigations are carried out in order to select a simply one but sufficiently precise, which could be applied in engineering calculations. The results of the analytical approach are compared with the results of the FEM calculations, which take into account the linear hardening of the material, friction and contact effects.

Słowa kluczowe

PL

analiza wytrzymałościowa; MES (metoda elementów skończonych); metalowe uszczelki typu "B"; urządzenia wysokociśnieniowe; wysokociśnieniowe połączenia rozłączne

EN

FEM; high-pressure equipment; high-pressure temporary closures; metallic wave-ring gaskets; stress-strain analysis

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 103, z. 11-M
• Strony: 63--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.,Wz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Ryś J.

autor

Szybiński B.

autor

Trojnacki A.

• Prof. w Instytucie Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn PK; mechanika: podstawy konstrukcji maszyn, dynamika maszyn, przekładnie dynamiczne

Bibliografia

• [1] Bathe K.J., Finite element procedures in engineering analysis, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1982.
• [2] Flügge W., Powłoki. Obliczenia statyczne, Arkady, Warszawa 1972.
• [3] Freeman A.R., Gaskets for high-pressure vessels, Pressure Vessel and Piping Design. Collected Papers 1927-1959, ASME, 1960, 165-168.
• [4] Hughes T.J.R., The finite element method. Linear static and dynamic finite element analysis, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1987.
• [5] Jaśkiewicz Z., Mechaniczne napędy samochodów. Sprzęgła, WKiŁ, Warszawa 1967.
• [6] Kozłowski T., Zarys teorii sprężystości, Arkady, Warszawa 1968.
• [7] Krasiński M., Szybiński B., Numeryczna analiza zagadnień kontaktu w uszczelnieniach wysokociśnieniowych, Mat. XXII Symp. PKM, t. III, Jurata 2005, 227-232.
• [8] Kurowski R., Niezgodziński M.E., Wytrzymałość materiałów, PWN, Warszawa 1961.
• [9] Lipka J., Wytrzymałość maszyn wirnikowych, WNT, Warszawa 1967.
• [10] Lundgren H., Powłoki walcowe, Arkady, Warszawa 1963.
• [11] Moszyński W., Wykład z elementów maszyn. T. I. Połączenia, PWT, Warszawa 1955.
• [12] Niezgodziński M.E., Niezgodziński T., Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe, WNT, Warszawa 2004.
• [13] Ryś J., Analiza zamknięcia wysokociśnieniowego z uszczelką metalową typu B, Mat. XXI Symp. PKM, t. II, WNT, Warszawa 2003, 183-188.
• [14] Ryś J., Łaczek S., Obliczenia wytrzymałościowe płytowo-wpustowego zamknięcia zbiornika ciśnieniowego na przykładzie zamknięcia filtru gazu DN1400, Dozór Techniczny nr 6 (186), 1999, 127-133.
• [15] Ryś J., Trojnacki A., Betleja T., Analiza teoretyczna pracy metalowego uszczelnienia typu B w połączeniach wysokociśnieniowych, Mat. X Międzynarodowej Konferencji: „Uszczelnienia i technika uszczelniania maszyn i urządzeń", Polanica Zdrój 2004, 54-62.
• [16] Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S., Teoria płyt i powłok, Arkady, Warszawa 1962.
• [17] Walczak J., Wytrzymałość materiałów oraz podstawy teorii sprężystości i plastyczności, t. II, PWN, Warszawa 1973.
• [18] Wriggers P., Computational contact mechanics, John Wiley & Sons, Ltd., West Sussex 2002.
• [19] Woźniak Cz. (red.), Mechanika techniczna. T. VIII. Mechanika sprężystych płyt i powłok, PWN, Warszawa 2001.
• [20] Zagrajek T., Krzesiński G., Marek P., Metoda elementów skończonych -w mechanice konstrukcji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
• [21] Zienkiewicz O.C., Metoda elementów skończonych, Arkady, Warszawa 1972.
• [22] Życzkowski M. (red.), Mechanika techniczna. T. IX. Wytrzymałość elementów konstrukcyjnych, PWN, Warszawa 1988.
• [23] ANSYS. Release 8.0, Analysis System Inc., Swanson 2003.
• [24] Leksykon materiałoznawstwa, 1.1, II, Verlag Dashöfer, Warszawa 2002.
• [25] Poradnik inżyniera. Mechanika. T. 1. Zagadnienia ogólnotechniczne, WNT, Warszawa 1968.
• [26] Raport TPP-5 Politechniki Krakowskiej Wykonanie dokumentacji technicznej reaktora 41/42 V-7 z instalacji polietylenu, Kraków 2000.