高壓容器的密封優(yōu)化設(shè)計(jì)

曲洪巖

摘 要：作為一種常見的壓力設(shè)備，高壓容器現(xiàn)如今不管在工業(yè)生產(chǎn)還是人類日常生活中都得到了廣泛的使用。早在工業(yè)革命時(shí)期，因?yàn)楣I(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)于高壓容器的剛性需求加大后，各種類型的高壓容器就不斷涌現(xiàn)，這從一定程度上也極大促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。密封結(jié)構(gòu)作為高壓容器的核心，其對(duì)于高壓容器的性能起著決定性的作用。所以，從高壓容器的密封結(jié)構(gòu)入手，研究更好的結(jié)構(gòu)形態(tài)，對(duì)于延長(zhǎng)高壓容器的壽命，增強(qiáng)其功能具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：高壓容器；密封；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的不斷提升，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)急需較為先進(jìn)的前沿科技的支持，對(duì)于在國民經(jīng)濟(jì)中起主導(dǎo)作用的電力、石油、機(jī)械設(shè)備制造、礦產(chǎn)加工等領(lǐng)域，高壓容器在各類工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮的作用也越來越明顯。傳統(tǒng)的高壓容器連接方式主要是通過將主螺旋栓或螺紋套筒安裝在容器頂端，此類方法結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單，裝拆繁瑣。針對(duì)傳統(tǒng)高壓容器密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們需要新型的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)不但可以實(shí)現(xiàn)容器頂端的快速拆卸，同時(shí)還能保證結(jié)構(gòu)的密封性可靠、實(shí)用性強(qiáng)、使用范圍廣等特點(diǎn)。

1 對(duì)于高壓容器密封結(jié)構(gòu)的概述

1.1 對(duì)于高壓容器密封結(jié)構(gòu)的詳細(xì)定義

關(guān)于高壓容器的結(jié)構(gòu)的介紹，很多書籍和文獻(xiàn)中都進(jìn)行了詳細(xì)而深刻的介紹。為了較好地進(jìn)行客觀性的介紹，本文主要從密封和結(jié)構(gòu)兩個(gè)重要方面，基于綜合性的角度給出高壓容器的定義。詳細(xì)定義為：在一個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)，用于杜絕容器內(nèi)部氣體、液體或固體微粒從容器連接口泄漏出去的同時(shí)還能防止外部空間的氣體、液體或固體顆粒從連接處進(jìn)入到容器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)部件。

1.2 高壓容器密封結(jié)構(gòu)的種類

隨著高壓容器、超高壓容器目前被廣泛使用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，容器密封結(jié)構(gòu)的理論研究和合理設(shè)計(jì)就變得越來越重要，這也是研究高壓容器的工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)各類高壓容器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。基于高壓容器結(jié)構(gòu)的分析以及設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)，工程技術(shù)人員必須要保證高壓容器的安全等級(jí)，功能要多并且持續(xù)利用的時(shí)間要長(zhǎng)，當(dāng)然，整體建設(shè)的經(jīng)濟(jì)消耗要合理。高壓容器密封結(jié)構(gòu)的常見從壓力強(qiáng)度分為高壓密封結(jié)構(gòu)、中壓密封結(jié)構(gòu)和低壓密封結(jié)構(gòu)，而從具體應(yīng)用角度來說又可以分類為強(qiáng)剌型密封（通過鋪設(shè)平墊或透鏡墊的方式密封）、自緊密封（通過鋪設(shè)三角墊進(jìn)行密封）、半自緊密封（如雙錐密封等）、平墊自緊密封、空也金屬、B型環(huán)型密封等，而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)生活使用中，常見的密封結(jié)構(gòu)又有幾種：平墊密封、卡扎里密封、雙錐密封、伍德密封、B形環(huán)密封、0形環(huán)密封。

1.3 高壓容器密封結(jié)構(gòu)的基本原理

高壓容器密封結(jié)構(gòu)的基本原理包括靜密封原理和動(dòng)密封原理。首先靜密封原理是指密封材料被安裝在兩個(gè)結(jié)構(gòu)元件結(jié)合處，在密封材料之間施加壓力使密封材料發(fā)生一定的變形然后填滿接觸面的縫隙，致使接觸面形成隔離區(qū)域達(dá)到密封的效果，一方面阻止了內(nèi)部氣體、微小顆粒物質(zhì)的泄漏，另一方面也阻止外界氣體、固體、微小顆粒的滲透。從密封所用材料的性能來說，我們需要較好的伸展性能和彈塑性能，在施加密封所需巨大壓力時(shí)，密封材料能夠發(fā)生相應(yīng)的物理形變，形成密封隔絕形態(tài)的同時(shí)也不使接觸面發(fā)生磨損。一般來說，工業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫膲|片材料包括金屬材料，石墨，橡膠材料，陶瓷纖維材料和聚四氣乙婦等等。動(dòng)密封原理一般是指油膜密封，一般廣泛運(yùn)用于密封材料接觸面存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況，這類情況不能與基于靜密封原理所運(yùn)行的情況相提并論，根據(jù)胡可定律，施加于接觸面的壓力越大，摩擦阻力就會(huì)隨之變大，這樣會(huì)使機(jī)械結(jié)構(gòu)無法正常運(yùn)作。所以，此類問題我們通常會(huì)選擇添加潤滑油或潤獵油的方法來解決，通過在接觸材料之間形成一層油膜來達(dá)到密封的效果。這種方法也只是用于接觸面的面積適度的情況，接觸面積既不能過大使得接合面之間的油泄漏，也不能過小使得接觸面因?yàn)槟Σ涟l(fā)熱而損壞，這樣都達(dá)不到我們所需的效果。

2 高壓容器優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的問題和優(yōu)化使用的常見裝置

2.1 高壓容器密封優(yōu)化存在的常見問題

根據(jù)現(xiàn)行的《鋼制壓力容器》等各國法律規(guī)范，在現(xiàn)有的技術(shù)手段實(shí)施下，我們推薦的密封裝置結(jié)構(gòu)有很多，主要有主螺栓平墊、雙錐環(huán)密封結(jié)構(gòu)等等。主螺栓平墊在實(shí)際使用中隨著容器內(nèi)部壓力的增加，內(nèi)徑也會(huì)隨之增加，這就會(huì)使得螺旋的直徑變得越來越大，這種結(jié)構(gòu)過于簡(jiǎn)單而且笨重龐大，耗費(fèi)的資金和成本也很大；裝拆的步驟較多，繁瑣程度高，工人的工作強(qiáng)度大，這些都會(huì)使大的部件在安裝和使用中存在各類問題。另一種結(jié)構(gòu)是卡扎里螺紋套筒結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使用長(zhǎng)套筒通過鋸齒型螺紋間斷連接在一起，這種設(shè)計(jì)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是螺紋套筒與頂蓋內(nèi)徑不斷加大，結(jié)構(gòu)變得極為龐大，加工困難程度提升，成本變得更加昂貴。

2.2 幾種常見的高壓容器密封裝置

當(dāng)前，大多數(shù)高壓密封裝置廣泛應(yīng)用于高、中和低壓環(huán)境中，工作時(shí)承載的壓力環(huán)境廣泛，一般從0.8～6.4MPa，溫度環(huán)境大約在200℃左右?，F(xiàn)在廣泛使用的蓋密封裝置主要包括卡箍式、齒嚙式、軸向抗剪螺栓連接式等?？ü渴矫芊庋b置一般用于萃取行業(yè)，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是會(huì)因?yàn)閮?nèi)徑的增加導(dǎo)致一些不必要的問題。在我們使用之前，必須要一個(gè)一個(gè)地打開或擰緊連接的裝置或螺母，移動(dòng)卡扣裝置，才能打開和關(guān)閉密閉容器。傳統(tǒng)卡扣裝置一般包括手搖式卡扣裝置、蝶形螺母卡扣裝置、絲杠帶動(dòng)卡扣連接裝置，這些裝置廣泛使用于那些需要不斷啟閉的密閉容器中。另一種裝置是平頂蓋的齒嚙式快開端蓋密封裝置，這種裝置具有打開和關(guān)閉速度快，承受的壓力水平較高的特點(diǎn)，這類裝置一般應(yīng)用于化工、食品等行業(yè)中。其工作原理也很簡(jiǎn)單，通過頂蓋和端部之間的齒扣連接，當(dāng)我們需要打開時(shí)，可以直接按照某一方向旋轉(zhuǎn)直接啟閉密閉容器。

2.3 加強(qiáng)高壓容器安全檢測(cè)的措施

眾所周知，高壓容器由于其特殊性，我們需要對(duì)其進(jìn)行必要的安全檢測(cè)，防止安全事故的發(fā)生。一般方法包括安裝壓力檢測(cè)設(shè)備以檢測(cè)容器內(nèi)部壓力大小，加強(qiáng)異常天氣下的巡邏與監(jiān)測(cè)，對(duì)于容器裝置的各類零件要仔細(xì)挑選應(yīng)用，嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)章制度和操作方法執(zhí)行等。

結(jié)束語

由于高壓容器的特殊性和技術(shù)性的特點(diǎn)，密封優(yōu)化設(shè)計(jì)也刻不容緩，值得每一個(gè)技術(shù)人員廣泛重視。我們可以通過采用卡箍式密封裝置、C形環(huán)高壓密封裝置等各類先進(jìn)的密閉裝置達(dá)到高壓容器密封優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，借助結(jié)構(gòu)本身合理連接方式實(shí)現(xiàn)容器的各類操作。因此，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展的今天，高壓容器的密封優(yōu)化設(shè)計(jì)具有很廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

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