高压设备密封.ppt

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1、第四章高压设备密封SealsofEquipmentunderHighPressure本章知识点结构采用金属垫片：常用的金属垫片材料为退火铝、退火紫铜、软钢及不锈钢。采用窄面密封尽可能采用自紧密封§4.1.1高压设备密封特点§4.1.2高压密封分类及型式按密封垫片受力情况，可分为：强制式密封：如平垫密封、卡扎里密封、透镜垫密封。自紧式密封：如“C”形、“O”形环密封、三角垫密封、楔形垫密封、伍德密封。半自紧式密封：如双锥环密封、八角垫。1）平垫密封结构简单，加工方便，在直径小，压力不高的场合密封可靠。适用于温度T<200℃，

2、压力<32MPa，Di<800mm。§4.1.2.2高压密封型式2）卡扎里密封套筒具有上下两段锯齿形螺纹，下段与筒体联接部分为连续螺纹，上段开有6个间隔为30°槽的间断螺纹。适用于大直径和压力较大的场合。最大优点：拆装方便。密封力：螺栓介质压力：筒体螺纹1—主螺母；2—垫圈；3—主螺栓；4—平盖；5—双锥环；6—软金属垫片；7—筒体端部；8—螺栓；9—托环3)双锥环密封双锥环密封的特点及应用：1）结构简单，装拆方便；2）径向自紧作用；3）适用于压力6.4-35MPa；温度0-400℃；内径400-2000mm。4）伍德密封

3、自紧密封;预紧靠牵制螺栓实现。优点：1.全自紧式；2.介质压力全部由筒体承担；3.顶盖圆弧面，组装时偏斜可自行调整。5）C形环密封“C’形环密封为自紧式密封。环的上下面均有一圈突出的圆弧,是线接触密封部分。操作时顶盖上浮，一方面密封环回弹张开，另一方面由内压作用在环的内腔而使环进一步张开，使线接触处仍旧压紧，且压力越高压得越紧。6)空心金属O形环密封7)三角垫密封§4.2典型高压容器密封结构的设计计算主要介绍高压平垫密封、双锥环密封、伍德密封这三种典型高压容器密封结构在预紧和操作状态所需要的密封比压以及相应的主螺栓设计载荷

4、。a.预紧状态平垫密封属强制密封，为使升压时保证密封，要求在升压前垫片上有足够的密封比压。为达到此比压，主螺栓的预紧载荷应为（3-20）式中DG—密封面平均直径；b—垫片有效密封宽度；y—垫片的预紧密封比压。1）高压平垫密封b.操作状态主螺栓所受载荷为内压所引起的轴向载荷和垫片上所需要的轴向载荷之和，即（3-21）式中m—垫片材料的工作密封比压。以W1，W2，两者中之较大值作为主螺栓的设计载荷。(2)双锥环密封双锥环密封与平垫密封的原理不同，它涉及斜面上的力分析、相对滑动时密封面上的摩擦力分析、自紧作用力分析。a.预紧状态

5、双锥环几何形状尺寸及预紧和操作时受力分析如图3-30（a），（b）所示。图3-30双锥环几何与受力分析为保证密封，预紧时在锥面上必须施加的压紧力为（3-22）式中，容器封头有向下移动的趋势，双锥环有上升的趋势，故在双锥面上存在向下的摩搽力F，F与W0的合力G0为（3-23）式中ρ—双锥环和封头之间的摩擦角。作用在锥面上的合力G0的轴向分力即为主螺栓在预紧时所受的载荷W1（3-24）式（3-24）的预紧载荷是在保证锥面上的预紧密封比压为q0的条件下得出的。为了获得最大的回弹力，在预紧时一般将双锥环压缩至径向间隙2e被完全消除

6、。在2e的径向变形下，双锥环的周向应变为（3-25）相应的周向应力为（3-26）式中ER—双锥环材料的弹性模量取在作用下双锥环单位周向长度的回弹力为,取半个圆环的静力平衡（图3-31）图3-31双锥环的静力平衡可以求得回弹力VR和周向应力的关系为(3-27）式中FR—双锥环截面积，由上式可得（3-28）式（3-28）表示双锥环产生2e的径向变形时所引起的回弹力，此回弹力作用在上下两个锥面上，每个锥面所承担的回弹力为1/2VR，此时相应地需要螺栓施力的轴向载荷为(3-29)一般情况下，，故预紧时的螺拴载荷只要按式（3-24）

7、计算，就既可满足预紧垫片的要求，又可满足压缩双锥环产生径向弹性变形的要求。b.操作状态操作时螺栓将受三部分的力，即:①介质压力作用在封头上所引起的轴向载荷Q1；②介质压力作用在双锥环内侧面而产生的轴向载荷Q2；③双锥环预紧受压缩而产生的回弹力，再传递到螺栓上的轴向载荷Q3。此时，螺栓的操作载荷为（3-30）①介质压力作用在封头上所引起的轴向载荷Q1（3-31）②内压对双锥环的径向自紧力所产生的轴向力Q2。介质压力作用在双锥环内表面的载荷为式中b—双锥环的有效高度，双锥环每一锥面受到的径向推力为1/2Vp，锥面上相应有一法向

8、力G。介质升压后，封头有向上抬起的趋势，因而双锥环相对封头有向下运动的趋势，故作用在锥面上的摩擦力F向上，如图33-30（c）所示。G与F的合力再分解，其垂直分力即为Q2（3-32）③径向回弹自紧力引起的轴向力。由于在操作时双锥环内圆柱表面和封头之间的间隙可以在0～e范围内变化，当密封元件的轴向位移和径