新型高壓快開結(jié)構(gòu)的設計與可靠性分析.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，以及環(huán)保意識的提高，對高壓容器及設備的密封提出了越來越高的要求。螺栓-法蘭連接是壓力容器和管道最常用的密封連接形式，國內(nèi)外對螺栓-法蘭連接的研究成為一個長盛不衰的課題，這種研究對于建立新的設計規(guī)范尤為重要。 高壓密封裝置的密封性能和強度可靠性，對高壓容器的使用效果和安全生產(chǎn)有很大影響，是衡量一臺高壓容器設計成功與否的標志之一。因此，高壓密封裝置的設計是高壓容器設計的一個重要環(huán)節(jié)。通過對現(xiàn)有高壓密封結(jié)構(gòu)的研究和

2、比較發(fā)現(xiàn)，與一般大螺栓(如雙錐密封)、卡箍等連接結(jié)構(gòu)相比，將壓力容器頂蓋置于容器端部法蘭內(nèi)部，并在二者之間采用抗剪螺栓連接的密封結(jié)構(gòu)最緊湊、重量最輕。 間歇生產(chǎn)工作過程的特點是需要經(jīng)常對密封裝置進行裝拆。D形軸向抗剪螺栓連接技術是一種新型的高壓快開連接技術。D形軸向抗剪螺栓是沿螺栓軸向?qū)⒁粋?cè)削平約1/4圈螺紋周長，其橫截面呈現(xiàn)“D”形而得名；D形螺栓均布置于頂蓋和法蘭環(huán)隙內(nèi)，連接方式有兩種，一種是D形螺栓固定于含有與之相配的3/

3、4圈螺紋的端部法蘭上，另一種是D形螺栓固定于含有與之相配的3/4圈螺紋的頂蓋上。旋轉(zhuǎn)所有D形螺栓一定角度(通常為90°)，使含1/4圈螺紋的元件與D形螺栓完全連接上，即可將端部法蘭與項蓋連接；拆卸時，反向旋轉(zhuǎn)D形螺栓相同角度，便可直接卸下項蓋，而不必將D形螺栓單獨卸下。 利用現(xiàn)有的各種線接觸自緊式密封元件，與D形軸向抗剪螺栓連接技術結(jié)合，本論文設計開發(fā)了多種基于D形軸向抗剪螺栓的高壓快開密封連接結(jié)構(gòu)。同傳統(tǒng)的雙錐密封結(jié)構(gòu)、卡扎里

4、密封結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)、加工、密封可靠性、重量方面進行比較，發(fā)現(xiàn)D形螺栓連接高壓密封結(jié)構(gòu)不僅保持了一般抗剪螺栓高壓密封結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕的特點，還具有裝拆迅速、聯(lián)接可靠、加工簡單等優(yōu)點。該結(jié)構(gòu)在需要頻繁裝拆的各種高壓、超高壓容器的密封裝置上應用前景廣闊。 本論文對該新型高壓快開承壓結(jié)構(gòu)進行了三維有限元分析，得到了各承壓件的應力分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)承壓結(jié)構(gòu)的整體應力強度水平合理，僅在螺紋上的個別部位，出現(xiàn)應力強度峰值。內(nèi)壓作用在頂蓋上的軸向力，通

5、過D形螺栓傳遞到端部法蘭上，此時D形螺栓在頂蓋側(cè)和端部法蘭側(cè)受到方向相反的剪切力作用，并有繞中心軸線傾覆的變形趨勢；D形螺栓的軸向應力沿軸向并不是均勻分布；在D形螺栓與法蘭和頂蓋接觸的過渡區(qū)域，剪切應力的符號發(fā)生改變；除此之外，D形螺栓還受到了沿軸向成線性分布的徑向壓應力作用，這種壓應力同樣作用在頂蓋和端部法蘭上；由于D形螺栓與端部法蘭和頂蓋的不對稱接觸，各應力分量沿螺紋周向成不均勻分布。 根據(jù)有限元分析得出的應力分布規(guī)律，以D

6、形螺栓連接徑向C形環(huán)高壓密封結(jié)構(gòu)為例，建立了該連接結(jié)構(gòu)的力學分析模型，提出了重要承壓件的強度設計公式，為該結(jié)構(gòu)的工程應用奠定了基礎。 根據(jù)強度設計公式設計了一套D形螺栓連接的密封試驗裝置，對D形軸向抗剪螺栓連接徑向C形環(huán)密封裝置進行了密封可行性試驗，試驗壓力達34MPa時仍密封不漏；對頂蓋上表面、筒體和端部法蘭外壁應力測試表明，各部件應力水平不高，承力合理，卸載后，各測試點的應力基本能夠回復至零，不存在殘余應力；反復加卸載后，D