石墨垫片密封性能分析及设计方法研究

来源：核动力工程杂志2025年第4期北京时间：

作者：姜露, 傅孝龙, 蒲卓, 田俊

单位：中国核动力研究设计院先进核能技术全国重点实验室，成都，610213；

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。

关键词：石墨垫片, 压缩回弹, 垫片应力, 接触应力