大型高壓容器雙錐密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究.pdf

1、石化企業(yè)發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟是實現(xiàn)低成本的有效途徑，因此化工裝備的大型化便成為工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢。隨之而來的大型高壓化工裝備的密封問題已成為一項亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)。雙錐密封結(jié)構(gòu)由于其良好的綜合密封性能在高壓容器密封結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位。目前GB150-1998《鋼制壓力容器》的適用范圍為容器內(nèi)徑在400～2000mm的雙錐密封結(jié)構(gòu)。因此，開展大型(容器內(nèi)徑大于2000mm)雙錐密封結(jié)構(gòu)密封機理的研究和建立相應(yīng)的設(shè)計方法對工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)

2、意義。 本文以國家科技支撐計劃重大項目專題“特種設(shè)備標準體系研究及關(guān)鍵技術(shù)標準研制”(項目編號2006BAK04A02-02)為依托，采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方法對雙錐密封過程進行了研究，考察了GB150-1998《鋼制壓力容器》對大型雙錐密封結(jié)構(gòu)設(shè)計的適用性，并提出了相應(yīng)的調(diào)整意見。主要工作和結(jié)論如下： (1)雙錐密封性能影響因素分析。從介質(zhì)壓力、徑向間隙、雙錐環(huán)尺寸值、雙錐環(huán)密封面寬度、密封面的接觸情

3、況、主螺栓預(yù)緊力等方面對雙錐密封性能的影響規(guī)律進行了探討。 (2)建立雙錐密封結(jié)構(gòu)的整體有限元分析模型。采用非線性接觸算法對雙錐密封過程進行了數(shù)值模擬，比較發(fā)現(xiàn)，有限元結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，說明所建立的有限元分析模型可靠且分析方法適用。 (3)大型雙錐密封過程數(shù)值模擬和設(shè)計方法研究。采用本文建立的有限元模型和分析方法，對內(nèi)壓載荷作用下大型雙錐密封過程進行數(shù)值模擬，分別得到預(yù)緊和操作工況下雙錐環(huán)Mises等效應(yīng)力的分布和

4、墊片應(yīng)力分布，以及墊片應(yīng)力、雙錐環(huán)應(yīng)變和徑向間隙隨預(yù)緊載荷和內(nèi)壓載荷的變化曲線。徑向間隙若按g=(0.1％～0.15％)D<,1>設(shè)計，雙錐環(huán)材料不可避免會發(fā)生整體屈服；徑向間隙若按g=0.05％D<,1>設(shè)計，加壓過程中的密封性能得不到保證。研究發(fā)現(xiàn)，大型雙錐密封結(jié)構(gòu)仍然可按GB150-1998《鋼制壓力容器》相關(guān)設(shè)計方法設(shè)計，但建議徑向間隙按g=(0.075％～0.1％)D<,1>更為合理。此外，本文給出了推薦的大型雙錐環(huán)的系列結(jié)構(gòu)