焦炭塔卡扎里密封垫圈结构优化设计.pdf

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1、第42卷第3期当代化工Vo1．42．NO．32013年3月ContemporaryChemicalIndustryMarch．20i3焦炭塔卡扎里密封垫圈结构优化设计周振，任建民，张微，张彦军(辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺I13001)摘要：利用有限元分析软件ANSYS，对卡扎里密封垫圈进行应力分析及结构优化。在满足强度要求的情况下，以密封面的接触压力最大化为优化目标。对比优化前后的接触压力分布，得到了最合理的结构形式及尺寸，为卡扎里垫圈的结构优化设计提供了依据。关键词：ANSYS；卡扎里；密封垫圈；优化设计中图分类号：TQ055文献标识码：

2、A文章编号：1671—0460(2013)03—0360—03StructuralOptimizationDesignofCasalessealwasherforCokeTowersZHOUZhen，RENJian—min，ZHANGWei，ZHANGYan-jun(SchoolofMechanicalEngineering，LiaoningShihuaUniversity,LiaoningFushun113001，China)Abstract：ThestressanalysisandstructureoptimizationofCasalesseal

3、washerwerecardedoutbyusingfiniteelementanalysissoftwareANSYS．Maximizingcontactpressureofsealingsurfacewasregardedastheoptimizationtargetundermeetingthestrengthrequirements．Themostreasonablestructureandsizewereobtainedbycomparingthecontactpressuredistributionbeforeandafteroptimiz

4、ation，whichcanprovidethebasisforthestructuraloptimizationdesignofCasalessealwasher．Keywords：ANSYS；Casales；Sea1washer；Optimization对某厂焦炭塔自动底盖法兰卡扎里密封垫圈进D严1830min。根据上述内容，决定在密封面上开行结构优化研究。传统的卡扎里密封为面接触，对槽。其结构如图2，其中z1：1．2mm，z2=1．2mm，于大型的压力容器，直径较大，保证密封所需要的I=3．2mm，r2=4．2mm。有效密封宽度：b=3．6mm，

5、预紧力仍较大，过大的密封预紧力将使系统结构庞h=3．6Inn。大，增加制造使用成本，造成与密封相关的系统设计及安装不能顺利进行。利用ANSYS软件对卡扎里密封垫圈进行结构优化设计，减小螺栓载荷，可以保障结构强度安全和密封可靠性。根据GB150—2010，垫圈结构如图1所示⋯。1卡扎里密封垫圈的初步优化1．1初步优化思路操作状态下需要最小的垫片压紧力F=Dg‘b’m’(1)图1优化前密封垫圈结构Fig．1Thesealwasherstructurebeforeoptimization由上述公式，密封比压与垫片系数是一定的，压紧力跟密封面成正比关系，因此可

6、初步考虑在密1．2用ANSYS对初步优化的垫圈进行应力分析封面上开沟槽，这样可减小密封压紧力。根据焦炭选取与垫圈接触的平盖局部、筒体端部局部和塔的设计参数，设计压力：0．35MPa；设计温度：压环建立有限元模型。选用plane182对有限元模型495℃；设备内径：1800mm。由此确定垫圈的材进行划分网格，本文中主要研究垫圈结构，对垫圈料与尺寸：材料：0Crl3；使用温度范围：540℃；网格划分比较细密，对平盖、筒体端部与压环划分硬度：160(HB)；性能参数：m=6，y=150MPa；可以稍微稀疏。根据焦炭塔自动法兰底盖受力及约尺寸：b0=10mm，

7、h0=12mm，a=45。，Dg=l840mlTl，束的实际情况，施加相应的约束与载荷。收稿日期：2012-1O一24作者简介：周振(1987一)，男，河南项城人，在读研究生，硕士，2013辽宁石油化工大学，研究方向：设备安全技术．E-mail：8704lOOzzz@163．COCO。第42卷第3期周振，等：焦炭塔卡扎里密封垫圈结构优化设计361图2优化后密封垫圈结构Fig．2Thesealwasherstructureafteroptimization进入ANSYS后处理部分，本文主要考虑密封面上的接触压力。提取密封面b0、。面(其中bo、ho分别为

8、密封面b、C所对应的有效密封面)的接触压力分布如图3，提取垫圈的等效应力分布如图4。操作条件下