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压力容器中八角垫密封设计的研究

更新时间:2009-03-28

近年来,我国压力容器广泛采用了八角垫密封,因为八角垫密封是属于径向自紧密封结构,其依靠密封元件各自结构上的特点,在压力升高后,密封件与平盖、筒体端部之间的压紧力自动加大,从而达到了密封的目的。而螺栓力仅用来产生初始密封所需要的压紧力,特别适用于内压较高或压力与温度有波动的场合。为此,国际标准化组织已把这种垫圈作为主要密封元件,并正式编入了国际标准ISO/DIS7483,我国也将该垫圈列入HG标准中。对于一定公称尺寸、公称压力的管道或设备可以直接按标准选用,给设计、使用、制造带来了很大的方便。但随着装置的大型化和特殊化,上述标准往往无法满足设计要求,需要自行设计八角垫。

1 八角垫密封原理

常用的八角垫有3种形式(见图1):①无孔垫圈,见图1(a);②有孔垫圈,见图1(b);③不等边有孔垫圈,见图1(c)。通常采用无孔垫圈,垫圈密封面与八角垫垫圈中心轴线呈23°。

  

图1 八角垫

八角垫密封结构是将八角垫放入设有梯形槽的法兰里,法兰装配时,内部无压力在螺栓预紧状态下,螺栓全部载荷通过法兰两锥面,使垫圈外侧密封面与密封沟槽面接触,导致垫圈受到压缩,当螺栓预紧力继续加大时,垫圈内移直至垫圈内侧封面也接触到槽面,此时垫圈变形处于弹性状态,垫圈内的压应力使垫圈产生抵抗变形的回弹力,此力使密封面产生部分自紧。当操作压力形成时,垫圈还产生了由压力作用下的径向扩张,从而形成了径向自紧的作用。八角垫密封结构见图2。

  

图2 八角垫密封结构

2 八角垫垫圈法兰的设计

上世纪,美国API对法兰与八角垫垫圈做了许多试验,根据试验得知,垫圈外侧面接触压力等于3倍工作压力时就已经足够,由此得出每一侧接触面的高度等于整个垫圈高度的1/6。同时,试验还得出,要使密封系统能产生初始密封比压,又要满足压力能够作用在八角垫垫圈的内侧,法兰安装时应保证其之间的距离尺寸S1为3.2mm,此时垫圈外侧密封接触面才能与密封沟槽面接触。当螺栓继续系紧,八角垫垫圈内移直至两法兰相距S2=1.2mm时(见图2),垫圈内侧接触面也与密封沟槽面接触,螺栓进一步系紧法兰直至几乎接触,八角垫垫圈与槽侧面完全密合,从而达到完全密封。

3 八角垫垫圈机构设计

非标准八角垫结构尺寸计算公式是基于八角垫外侧倒角处的接触压力为操作压力的3倍时,便能达到密封的这一条件导出的,并假设:

八角垫垫圈23°,斜接触面高度各为垫圈整个高度的1/6(见图2);

垫圈的高度LG与内径的关系:

 

(1)

式中:DI为法兰内径,mm;

预紧状态螺栓载荷:螺栓预紧时的载荷HJ等于螺栓面积乘以室温下螺栓许用应力,即

解读概念语法隐喻 …………………………………………………………………………………… 杨 波(6.30)

API的研究人员认为垫圈宽度应是压力的函数,其弯曲应力不超过51.7MPa,即可保证密封不泄漏。

不同于园区的“新区域建设”,“场景”是根植于城市的文化中,有当地的社区作为保障的空间形式。因此,它的功能往往是多元的。在一个场景中,它可能不仅服务外来的文化消费者、吸引的文化资本,还服务于当地的居民,甚至是偶尔路过的人群。这和“文化创意产业孵化园”“文化创意产业集聚区”“文化创意产业园”等将文化从城市中抽离的“孤岛式建设”有很大的区别。以往,大量“文化中心”、“艺术中心”、大型音乐场馆等通过城市批出专门用地建设在远离人群的区域。这一做法否定了文化与日常生活的巨大联系[3]。

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4 垫圈宽度的计算

垫圈在内压p作用下,垫圈外侧支持在接触面的中点上,此时,内压力产生的载荷作用在高度LG上,其单位长度的弯矩为:

 

(2)

八角垫垫圈的弯曲应力:

 

(3)

式中:Z为单位长度断面模数,mm3/mm;

 

(4)

p为设计压力,MPa;TG为垫圈宽度,mm。

式中:m为垫片系数;DG为八角垫垫圈中径,mm;y为密封比压,MPa;b为垫片有效宽度,为垫片宽度,ω=TG,mm;p为设计压力,MPa。

 

为了使垫圈安全运行,在API规定八角垫垫圈的许用弯曲应力取为[σ]t=51.7MPa,故可求得垫圈宽度TG

 
 

(5)

从式中可以得出TGp的关系(见表1)。

G2为八角垫圈的外径,mm;

 

表1 八角垫圈宽度TGp之间的关系

  

p/MPaTG/mmTG/mm100.311LG0.4237Di200.440LG0.5993Di400.6220LG0.8475Di550.7293LG0.9938Di700.8228LG1.1211Di1000.9834LG1.340Di1501.2044LG1.6411Di1751.3009LG1.7726Di

5 八角垫剪应力的校核

 
 

(6)

在API标准中规定了许用剪应力[τ]t=44.5MPa,并要求:

第二,在行业洗牌方面。我国各大行业内部均开始进行激烈的淘汰与兼并,大型企业并购中型企业,以扩大市场份额,消灭潜在危机。小型企业在政府与银行高杠杆的影响下难以融资,纷纷推出市场,此消彼长下在不同行业里均出现了大型寡头企业,行业内部洗牌形式激烈。

τ≤[τ]t

(7)

6 八角垫垫圈外直径和沟槽尺寸的设计

当法兰获得密封时,法兰两侧相距应为1.2mm,此时N值应为:

 

(8)

通常Q=0.6LG,同时将(11)式N代入(12),化简后得:

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1)因指导教师精力有限,在讲解和示范过程中,认真听讲的学生少,围观的学生多,而且不同教师的授课效果也有差异;

由于

故:

 
 

(9)

将φ=23°及S2=1.2mm代入式(9),得出:

N=TG+0.283LG-0.51

(10)

将式(1)代入上式,得:

 

(11)

从图2 (b)知道,

(4)加强数据管理,实现信息共享。构建多级地下水数据库系统,包括:基础信息数据库、实时监测信息数据库、整编数据库、分析成果数据库、试验信息数据库、图形与空间数据库[14]等。同时考虑随着城镇化进一步加快,生态文明建设进一步推进,对地下水环境治理工作也必然会加快步伐,多部门间联动磋商机制正在形成,建立一个数据共享服务平台势在必行[15],不仅服务于国土资源部门,也可以实现信息的共享,避免重复建设带来的浪费,更好地为政府管理决策提供科学支撑,也可为社会公众提供及时的信息服务。

 

(12)

式中:GG为垫圈槽外径,mm;

 

(13)

代入上式,得:

 

(14)

密封后的八角垫圈外径G2即为压力作用时八角垫的直径。

7 八角垫槽座外径的确定

 

(15)

S2=1.2mm、φ=23°及代入式(15),得:

 

(16)

从目前的一些文献来看,计算八角垫螺栓载荷有以下几种计算方法。

8 自由状态下垫圈的外径

为了使八角垫垫圈在预紧之前(即自由状态)与法兰沟槽外侧密封面接触,垫圈取大的尺寸,以便保证两法兰相距3.2mm。

 

(17)

 

(18)

S1=3.2mm,φ=23°代入式(18),得:

G1=GG-0.283LG+1.35

(19)

 
 

(20)

 

=G2+0.84

(21)式中:G1即是八角垫垫圈的制造外径,mm。

9 垫圈、环槽材料的硬度要求

可按GB/T 150.3附录C6.3进行设计。

虽然六月是艳阳天,搁在石屏上的衣服直到晌午才干透。白雪穿上衣服,脸上有了淡淡的无奈,因为她虽然非常努力,可白色罗衫的污秽痕迹仍然若隐若现。见白雪彷徨地瞧着石屏上的宝蓝色长衫柳含烟黯然道:“把身体放进一个陌生人的罩袍,比有人认为我们违拗挑起难以预料的后果要好得多。”看到白雪轻咬贝齿她苦涩地道:“别以为我们被擒没有受到搔扰是黑旗会忌讳少林,事情也许不像你哥说的那样少林获悉劫难就会消之无形,唯一获救之途是小心引起有人对我们垂怜制造逃逸的机会。”

10 密封垫圈和密封沟槽尺寸公差的要求

八角垫垫圈和密封沟槽尺寸的制造公差对自紧密封性能影响很大,为此,国内外标准对八角垫都提出了严格的要求,表2及图3为GB/T 150.3附录C中表8与API标准的八角垫垫圈和密封沟槽尺寸公差范围要求比较。

  

图3 八角垫密封结构尺寸

 

表2 垫圈及槽的公差要求

 

/mm

  

尺寸名称GB/T150.3附录CAPI标准垫环宽ω±0.20+0.2030垫环高h或h1±0.50+0.01560

 

续表

  

尺寸名称GB/T150.3附录CAPI标准八角形平面垫环宽度α±0.20±0.20槽深t+0.400槽宽ω±0.20±0.20垫环的平均直径DG±0.18槽的平均直径±0.13+0.102垫环圆角半径R1±0.50槽内圆角半径R2≤2+0.800R2>2±0.80+0.0313环槽角度23°±0.5°±0.25°

注:1.槽与八角垫环接触斜面(23°表面)的表面粗糙度不高于3.2μm;2.允许环高有1.9mm的正偏差,但在整个圆周上任何部位的垫环高度差应不大于0.5mm。

11 关于螺栓载荷的计算

式中,其他符号及意义见图2。

(1)按GB/T 150/2011附录C6计算。

预紧状态螺栓载荷:

Wa=3.14bDGy

(22)

操作状态下的螺栓载荷:

 

(23)

故八角垫圈宽度TG为:

(2)按美国API及ASA标准计算。

沟槽的深度Q取为0.6LG,沟槽边到孔的最小距离为:

Hj=AbxSb

(24)

操作状态下的螺栓载荷:

HT=H+HP

(25)

式中:

主持人:当前各行各业都刮起了纾困民企之风,然而有了政策“大礼包”,能规范落地才是重中之重。您认为该如何压实各方责任,以营造公平的市场环境,推动民营经济转型升级?

Hp=3.14G2LGptanφ

(26)

 

(27)

G2为受压面积的直径(见图2),mm;LG为垫圈的高度,mm;Ab为螺栓的实际面积(螺纹根部直径),mm2Sb为室温下螺栓材料的许用应力,MPa;

阿勇表示,他咨询过律师,律师认为,法律没有规定罚金非要一次交清不可,实际上,对于罚金数额较多,罪犯无力一次缴纳的情况,是可以限期分期缴纳的。这么做,也有利于罚金刑的执行。但审判长林灿岗拒绝了他分期缴纳罚金的请求。

其他符号及意义同前。

(3)《压力容器手册》计算。

主站硬件构成包括前置采集机、数据库的服务器、分析工作站、维护工作站等部分。数据库服务器可以用于存放滤波器文件进行管理。其中前置采集机主要是被用作子站的通信设备系统,方便更好的获取信息。主站系统中的分析工作站主要是用于对数据信息的分析和查询,并及时做好统计工作。维护工作站的需要对设备进行及时维护,确保设备的安全稳定运行。

操作状态下的螺栓载荷:

WP=W+Q

(33)

式中,W为工作密封压力下的轴向力:

WDGhptanα

(34)

Q为介质压力P作用下的轴向力:

 

(35)

h为垫圈高度,mm。

其他符号及意义同前。

推荐理由:宪法上的基本权利,是有效力的法规范。建构基于宪法文本的解释方案,厘清基本权利条款的规范结构和规范内涵,使之在技术层面上成为可以适用的规范,是宪法学的基本任务。《基本权利的规范建构(增订版)》是基本权利总论领域的体系性著作,围绕基本权利的功能,基本权利的国家义务,基本权利的保护范围、限制、竞合、冲突等问题进行了教义学建构,并回应了中国法治实践中的众多基本权利问题。

11.4 几种计算公式、计算结果的比较

笔者对几种垫圈的计算公式进行实例计算比较,发现在预紧状态时,以GB/T 150.3—2011方法计算结果比用其他公式计算时的力要大。操作状态时,几种公式计算结果较接近,最大相差7%左右,其不同的原因是在于受压直径的选择,有的按八角垫槽的外侧直径作为计算直径,也有的取八角垫垫圈中径,造成误差,同时,发现螺栓载荷主要取决于操作状态。故有些文献不考虑预紧状态下的螺栓载荷,如 《压力容器手册》 。

12 结语

(1)八角垫及槽的设计尺寸如下:

 
 
 

Q=0.6LG

黎永兰和几个同事一起在广安鼎虹歌城唱歌娱乐,林雪川来到KTV包房,敬了黎永兰同事几杯酒,打招呼后便走了。

 
 

G1=G2+0.84

八角垫斜面角度取度取φ=23°,误差±0.5°,其他粗糙度与公差见表2。

(2)螺栓载荷的计算。通过计算比较,认为应按GB/T 150—2011进行设计螺栓载荷较为合理,对于法兰的设计可按GB/T 150.3—2011计算。

参考文献:

[1]王心明.工程压力容器设计与计算 [M].北京:国防工艺出版社,1986.

[2]GB/T 150—2011,压力容器[S].

[3]张康达,等.压力容器手册[M].北京:劳动人事出版社,1990.

 
王晨,王荣贵
《化肥设计》 2018年第02期
《化肥设计》2018年第02期文献

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