压力容器密封装置设计

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1、4.3常规设计4.3.4密封装置设计第四章压力容器设计CHAPTERⅣDesignofPressureVessels1本节主要内容密封机理及分类影响密封性能的主要参数螺栓法兰连接设计4.3.4密封装置设计过程设备设计4.3.4密封装置设计2过程设备设计4.3.4密封装置设计3过程设备设计4.3.4密封装置设计4可拆密封装置螺纹连接承插式连接螺栓法兰连接——螺栓—垫片—法兰密封系统本节主要内容密封机理及分类影响密封性能的主要因素螺栓法兰连接设计5过程设备设计4.3.4密封装置设计6过程设备设计4.3.4密封装置设计7过程设备设计4.3.4密封装置设计螺栓法兰连接的基

2、本要素被连接件——法兰连接件——螺栓密封件——垫片法兰连接的基本要求密封可靠结构简单装拆方便8螺栓法兰连接结构设计的主要问题密封设计：就是根据操作条件的要求（如：压力、温度、介质等）选取法兰的类型和压紧面的形式，选取合适的垫片确定螺栓载荷并进行螺栓设计。法兰的强度设计：确定法兰尺寸，以保证法兰有足够的强度和刚度。即：根据计算得到的螺栓载荷，对法兰进行上述两种工况的受力分析和应变校核，以确定法兰的厚度。9过程设备设计4.3.4密封装置设计原理：性能：图4-22螺栓法兰连接结构1-螺栓；2-垫片；3-法兰依靠螺栓预紧力把两部分设备或管道法兰环连在一起，同时压紧垫片，使

3、连接处达到密封。较好的强度和密封性，结构简单，成本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。10过程设备设计4.3.4密封装置设计11过程设备设计4.3.4密封装置设计124.3.4.1密封机理及分类密封机理4.3.4密封装置设计过程设备设计法兰的压紧面经加工后总会存在凹凸不平的间隙，当上紧法兰螺栓时，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。当垫片单位面积上所受的压紧力达到一定值时，使垫片产生弹塑性变形，填满法兰面的不平间隙，从而使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的介质压差，即达到密封的目的。其密封过程如图，可分为如下三步：13螺栓法兰连接的整个工作过程：（a）尚未预紧工况（b

4、）预紧工况（c）操作工况（a）尚未预紧工况将上、下法兰压紧面和垫片的接触处的微观尺寸放大，表面是凹凸不平的，这就是流体泄漏的通道。（a）尚未预紧工况4.3.4密封装置设计过程设备设计图4-23密封机理图4.3.4.1密封机理及分类14（b）预紧工况（无内压）拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。4.3.4密封装置设计过程设备设计（b）预紧工况图4-23密封机理图154.3.4密封装置设计过程设备设计（c）操作工况（有内压）A:内压引起的轴向力，使上下法兰压紧面分离，垫片压缩量减少，密封比

5、压（即，压紧面上的压紧应力）下降B:垫片弹性压缩变形部分产生回弹，补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离，使压紧面上的密封比压力仍能维持一定值以保持密封性能。164.3.4密封装置设计过程设备设计通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与材料性质有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，或与不透性材料组合成型来避免“渗透泄漏”；沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。压紧面就是指上、下法兰与垫片的接触面。加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成“界面泄漏”的直接原因

6、。“界面泄漏”是密封失效的主要途径。介质泄漏的形式垫片渗漏压紧面泄漏17界面泄漏渗透泄漏4.3.4密封装置设计过程设备设计4.3.4.1密封机理及分类18防止流体泄漏的基本方法当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封。而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面上的比压力来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密封口的阻力越大，越有利于密封。在密封口增加流体流动的阻力泄漏时介质通过密封口的动力：密封口内外介质压力差泄漏时介质通过密封口的阻力：压紧面上的比压力19密封分类1、按获得密封比压力方法的不同2、按被密封介质的压力大小分类中低压

7、密封高压密封强制密封自紧密封半自紧式密封4.3.4密封装置设计过程设备设计201、按获得密封比压力方法的不同a、强制密封完全依靠连接件（螺栓）的作用力强行挤压密封元件达到密封。特点预紧力大，约为工作压力产生的轴向力的1.1～1.6倍。4.3.4密封装置设计过程设备设计21b、自紧式密封主要依靠容器内部的介质压力压紧密封元件（垫片）实现密封。特点：预紧力小，介质压力越高，密封越可靠，约为工作压力产生的轴向力的20%以下。轴向自紧式密封径向自紧式密封半自紧式密封密封元件的轴向刚度小于被连接件的轴向刚度。密封元件的轴向刚度小于被连接件的轴向刚度。属于非自紧式的强制式密封

8、，但又具有