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双锥密封结构设计 弦*蒲中国成达工程有限公司 成都610041摘要 用 MSC.
双锥密封结构设计
弦*
蒲
中国成达工程有限公司 成都
610041
摘要 用 MSC. Patran & Nastran 有限元分析软件建立三维分析模型对某氨合成塔的双锥密封系统进行应力
分析,阐述此类非线性接触分析的过程。
关键词 双锥环密封 有限元 接触分析
密封结构的设计是压力容 器结构设计的重要
部分。通常的 密封形式有强制密封, 半 自 紧 密 封 和自紧密封三种形式。
在低、中压压力容器中通常采 用 强 制 密 封 结 构,如法兰连 接 结 构, 其特点是依靠上紧螺柱产 生垫片预紧 力, 从而达到初始密封, 当 压 力 升 高 时,垫片能 产 生 足 够的回弹力而达到操作工况下 的密封能力。在高压容器的密封结构中, 通 常 采 用半 自 紧 式 密 封, 如 双 锥 密 封, 透 镜 垫 密 封 等, 其原理类似 于 强 制 密 封, 在 预 紧 时, 通 过 螺 柱 的 预紧达到 垫 片 的 预紧载荷形成初始密封, 当 操 作 工况下的压 力 上 升 时, 由于螺柱呈拉伸趋势, 从 而使垫片 产 生 的 轴向回弹力有减小趋势, 径 向 方 向由于压 力 作 用,产生向外扩展趋势并紧密贴合 于密封面达到更好的密封; 自 紧 式 密 封, 通 常 用 于超高压设 备 中, 如楔形垫密封结构, 随 着 压 力 的升高,密封 面上的压紧力随之增大, 密 封 更 为 可靠。
高压设备的密封结构设计 中采用的双锥密封
结构形式,是 典型的半自紧式密封系统。双 锥 密 封系统主要 由 筒 体 端 部、双 锥 环 垫、非 金 属 软 垫 或金 属 软 垫、 压 紧 盖、 主 螺 柱、 螺 母 组 成, 见 图 1。
按新修订的 GB 150 - 2011 标准,双锥密封可
适用 的 温 度 范 围 0 ~ 400℃ , 压 力 为 6. 4MPa
~
35MPa,直径 为 400mm ~ 3200mm。相 比 GB150 -
98 版,直径范围上限由 2000mm 变为 3200mm,并
对影响密封性能的径向间隙 g 值的调整为
( 0. 1%
~ 0. 075% )
D1。对于 0℃ 以下的操作工况可以参
照标准进行 设 计。常 规 设 计 时, 双锥密封系统的
设计主要分为双锥密封结构尺 寸的设计和主螺柱 的设计。其中 密封结构尺寸包括双锥环尺寸, 端 部及压盖 结 构 尺 寸 的 设 计; 主螺柱设计包含螺柱 强度设计 和 满 足 液压上紧装置的设计。随 着 设 备 的大型化,简 单 的 理论公式已不能完全满足设计 的需要,因此 对于大型化的设备结构, 如 大 型 的 双锥密封 结 构 等,通常采用有限元应力分析设计 来保证其可靠性。
以国内某项目合成氨装置中的 DN2400 氨合成 塔为例,阐 述 采 用 有限元应力分析方法进行双锥 环密封系 统 的 设 计 过 程, 为后续按有限元方应力 分析方法和采用 MSC. Patran & Nastran 软件进行双 锥密 封结构设计以及非线性接 触问题分析提供 参考。
本设备为采用我公司专有技术的氨合成塔外 壳,设计参数见表 1。
图 1 双锥密封结构
*
蒲 弦: 高级工程师。2002 年 毕业 于 沈阳化工学院化工 机 械专业。从事压力容器的常规设计和分析工作。 联 系 电 话:E - mail: puxian@ chengda. com。
( 028 )
272013,23( 2)蒲弦双锥密封结构设计表 1 设计参数在压力容器 中 超 过 M48 的螺栓或螺柱一般需 要采用液 压 拉 伸 器, 并按合适液压上紧程序进行 预紧和紧 固。因 此 主螺柱的中心圆直径的确定还
27
2013,23( 2)
蒲
弦
双锥密封结构设计
表 1 设计参数
在压力容器 中 超 过 M48 的螺栓或螺柱一般需
要采用液 压 拉 伸 器, 并按合适液压上紧程序进行 预紧和紧 固。因 此 主螺柱的中心圆直径的确定还 应配合所选用的液压拉伸器所 需的最小上紧空间 的结构尺寸。该参数可按 HG / T 21573. 1 - 95 标准 选用合适的液压拉伸器型号以 及与之相匹配的相 邻螺柱中心最小间距参数。
1
结构尺寸参数的确定
( 4)
平盖 以 及 筒体端部的结构尺寸按理论公
( 1)
密封结构尺寸的设计可按 GB150 标 准 中
式计算出 相 应 的 厚 度, 端部结构尺寸确定时应考
虑设备主 螺 柱 旋 入 的 螺 纹 孔。平盖的初步厚度计 算公式:
相应计算公式计算并圆整取值见上图 1,即双锥环
尺
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