超高压试验装置的应力分布和密封结构设计

2017-03-06牛菲沈阳航天新光集团有限公司辽宁沈阳110801

化工管理 2017年33期

牛菲（沈阳航天新光集团有限公司，辽宁沈阳110801）

超高压试验装置的应力分布和密封结构设计

牛菲（沈阳航天新光集团有限公司，辽宁沈阳110801）

本文简述了超高压试验装置的主要结构组成，分析了超高压试验装置在生产中存在以下几个问题。针对现阶段存在的相关问题提出了新的解决办法，即：采用自增强处理和缩套装置相结合的方法。同时提供了超高压试验装置的设计方法，并给出了相关计算，得出了该方案的可行性，解决了现有技术中难点问题。

超高压容器；密封结构

1 超高压试验装置的特征分析

(1)超高压试验装置方案针对其研究重点主要从两个方面进行制定。

超高压试验装置的应力分布具有如下特点：首先装置所受的周向应力为其承受的三个应力中最大的一个，而内壁应力又是周向应力分布中最大的，此外应力沿装置壁厚分布很不均匀，随着内径的增大，不均匀程度变得更为严重。针对以上问题，超高压试验装置的设计重点应该是改变其结构形式，从而改变应力分布；而不是单纯的增加材料的厚度和强度。

(2)超高压试验装置的另一个重要组成部分是密封机构。密封的合理性直接决定试验装置能否正常运行。密封机构主要研究以下三点：①.大直径密封；②.提高使用安全可靠性的密封机理；③.在震动、变载荷以及高压等极端条件下使用的密封结构。目前，密封结构的主要研究方向是：根据设计参数，包括装置直径、压力、温度、材料匹配、制造和维修能力进行合理选择。

本文在装置结构设计方面进行了创新。本课题采用了预应力法来改善装置的应力分布，提高圆筒的承载能力。通常采用缩套装置和自增强处理两类办法来使厚壁圆筒产生预应力。本文采用自增强处理和缩套装置相结合的方法，通过确定径向几何尺寸，确定自增强条件和初始屈服压力以及最佳弹塑性界面的半径，进而求出最佳自增强压力，同时分析了双层缩套装置的应力计算条件，讨论最佳化设计条件，得到最大过盈量的计算公式。

舱门和密封机构：超高压试验装置舱门的选择需改善装置端部的应力分布，增加装置端部强度。由于超高压装置轴向载荷很大、高压密封较复杂性，我们对受力模型分析并对关键参数进行确定采取用了新型的密封机构。

2 具体实施方式及实例计算

本文结合具体实施例，做了一下分析计算。

例：已知条件为：工作内压pi=160MPa，材料3Cr13屈服极限δs=835MPa，强度极限δb=980MPa，弹性模量E=2.06×105MPa，超高压装置内径（半径）ri=23/2=11.5mm.

估算径比k值，确定超高压装置的尺寸

取爆破安全系数nb=2.5

则爆破压力为PB=nbp1

由Faupel-Furbe公式

得lnk=0.3613

所以k=e0.8583=1.435

由于超高压装置内径（半径）为ri=15mmm

将城市绿化工作正式纳入法制管理中的是在1992年5月通过的《城市绿化条例》，它是新中国成立以来第一个有关城市绿化的法规。同年，建设部发布了CJJ 48—1992《公园设计规范》，确保公园能够全面发挥游憩和改善环境的功能，同年又开展了“创建‘园林城市’”的工作，以此带动各地风景园林建设水平的提升。1995年，建设部印发了《城市园林绿化企业资质管理办法》和《城市园林绿化企业资质标准》，将园林绿化企业从建工企业中分离以来，各地相关部门也开始城市园林立法工作，地方性行政法规与行业规范进入完善期。

则超高压装置外径为r0=kri=2152.5

因此，超高压装置的内外径（直径）分别为：

内径（直径）：Di=3000mm

外径（直径）：Do=4305mm

下一步确定自增强条件和初始屈服压力以及最佳弹塑性界面半径

由于超高压装置在工作过程中，高压液体的温度最高不超过200℃，因此高压钢材料的弹性模量变化不大，可以近似认为弹性模量保持不变。

A=2ln(rc/ri)=0.331

B=eA=1.39

所以，可得最佳自增强压力

PA=δs（1+A-B/k2）=316MPa

△P=PA=316MPa＜Pf=348MPa；△P＞Ps

所以，该超高压装置自增强后不会出现反屈服现象，方案可行。