何家胜 黄瑞锋 伍 伟

（武汉工程大学机电工程学院)

设计与计算

预紧工况下双锥环的有限元分析及优化

何家胜*黄瑞锋 伍 伟

（武汉工程大学机电工程学院)

建立某加氢反应器双锥环结构的有限元模型，分析在预紧工况下，对双锥面施加一定的预紧分布压力后，双锥环结构的厚度与锥角对其径向压缩位移的影响。研究结果表明，该双锥环在预紧工况下能实现良好的密封，其径向压缩位移随厚度的增加而减小，随双锥环锥角的增大而增大。

双锥环 锥角 密封性能 有限元 径向位移 预紧工况

0 序言

双锥密封是一种半自紧密封形式，与仅依靠残余预紧力的常用法兰连接密封形式有较大差别，目前规范上仅仅给出了有限的几种规格参数。当实际工程中双锥密封的有关参数与规范中的参数不相对应时，就需要有效地调整参数，以保证密封效果。

本文主要探讨双锥密封的结构和密封原理，包括双锥环的材质、厚度、高度、锥角、直径、所受压力等因素对密封效果的影响。结合某炼厂加氢反应器双锥密封的具体情况，运用有限元数值分析方法求解预紧情况下双锥环垫片处的压紧力，双锥环的形变、应力，并探讨压力波动情况下垫片处压紧力的变化情况。图1所示为该双锥环的结构，其中试样材料为35钢，其弹性模量为212 000 MPa，泊松比为0.31，密封面预紧分布压力为60.7 MPa，设计压力为6.4 MPa。本文主要对内圆柱面直径（Di）为975 mm和1 171 mm的标准双锥环进行改进和研究。

1 双锥面的结构及受力分析

双锥环预紧状态下的受力分析如图2所示。……