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1、1,高压密封的结构形式,高压下的密封设计，从密封原理与密封结构上总的原则如下。采用金属垫圈高压密封面的比压大大超过中低压容器的密封比压才能满足高压密封的要求，非金属垫片材料无法达到如此大的密封比压。高压容器常用的金属垫圈是延性好的退火铝、退火紫铜或软钢。采用窄面密封代替中低压容器中的宽面密封有利于提高密封面比压，可大大减少总的密封力，减小密封螺栓的直径，也有利于减小法兰与封头的结构尺寸。甚至将窄面密封演变成线接触密封。利用介质压力达到自紧密封利用介质的高压来帮助密封。首先使垫圈预紧，工作时随压力提高使垫片压紧，达到自紧的目的。自紧式密封比中低压容器中常用的强制密封更为可靠和紧凑。,2,高压密封
2、的结构形式,依靠紧固件(螺栓)压紧垫圈达到预紧并保证工作时也能密封，称为强制密封。常见的强制式高压密封结构是平垫密封结构。与中低压容器中常用的法兰垫片密封相似，但将非金属垫片改为金属垫圈，将宽面密封改为窄面密封。窄面金属垫圈为退火紫铜、退火铝或10钢制成的扁平金属圈。预紧和工作密封靠端部大法兰的主螺栓施加足够的压紧力。预紧时使垫圈产生塑性变形堵塞微小的泄漏通道。预紧力的大小与垫片的宽度和材料的屈服强度有关。,(一)平垫密封,3,高压密封的结构形式,(一)平垫密封,内压上升后压力作用在顶盖上传至主螺栓、使其弹性伸长，垫片回弹，需保持垫片有一定的比压。无论预紧还是工作状态，尽可能减小垫片的宽度。为
3、防止因垫圈塑性变形咬死密封口无法拆卸，顶盖可配46个起卸螺栓，使螺栓的端面顶住法兰端面，将平盖顶开。,平垫密封的的优点是结构简单。缺点是主螺栓直径过大，法兰与平盖的外径也随之加大，变得笨重；装拆主螺栓都极不方便；不适合温度与压力波动较大的场合，对垫片压紧力变化敏感易引起泄漏。因此一般仅用于200以下的场合，容器内径也不大。,4,高压密封的结构形式,这也是强制式密封，但为了解决拧紧与拆卸主螺栓的困难，改用螺纹套筒来代替主螺栓，见右图。螺纹套筒与顶盖和法兰上的螺纹是间断的螺纹，每隔一定角度(10一30)螺纹断开，装配时只要将螺纹套筒旋转相应角度就可装好，垫片的预紧力靠预紧螺栓施加，通过压环传递给三
4、角形截面的垫圈。介质压力引起的轴向力由螺纹套筒承担，预紧螺栓的直径比平垫密封的主螺栓小。预紧方便是卡扎里密封最大的优点。,(二)卡扎里密封,5,高压密封的结构形式,改进卡扎里密封(见右图)是为改善套筒螺纹锈蚀给拆卸增加困难的情况，仍采用主螺栓，但预紧仍依靠预紧螺栓，主螺栓不需拧得很紧，从而装拆较为省力。卡扎里密封中的压环材料一般应采用强度较高硬度也较高的35CrMo钢或优质钢45、35钢。密封垫圈材料与金属平垫相同。卡扎里密封适宜平垫密封不适用的较大直径，如直径在1m以上、压力在30MPa以上的情况，但设计温度在350 Co以下较合适。,(二)改进的卡扎里密封,6,高压密封的结构形式,这是保留
5、主螺栓但属自紧式的密封结构，用双锥面的软钢密封垫圈，两个30o锥面是密封面，垫有软金属垫，如退火铝、退火紫铜或奥氏体不锈钢等。,(三)双锥密封,预紧时双锥垫内表面与平盖贴紧。当内压升高平盖上浮时一方面靠双锥垫自身的弹性扩张(称为回弹)而保持密封锥面仍有相当的压紧力，另一方面又靠介质压力使双锥垫径向向外扩张，进一步增大双锥密封面的压紧力。,7,高压密封的结构形式,这是一种使用得最早的自紧式高压密封结构。,(四)伍德密封,平盖是一个可上下浮动的端盖8，安装时先放入容器顶部，放入楔形密封垫2，再放入由四块拼成一个圆圈的便于嵌入筒体顶部凹槽的四合环4，用螺栓将四合环位置固定，放入牵制环5，由牵制螺栓7
6、将浮动端盖吊起压紧楔形垫，可起预紧作用。压力升高后载荷加到浮动端盖上，压力愈高，垫圈的压紧比压愈大，密封愈可靠。,伍德密封的特点是：自紧式，压力和温度的波动不影响密封可靠性；取消了主螺栓，筒体与锻件尺寸大大减小，装拆的劳动强度比主螺栓的密封结构，特别比平垫密封的低得多。缺点是结构笨重，零件多，加工也麻烦。,8,高压密封的结构形式,钢质“C”形密封环形状如图：,(五)C型密封,环的上下面有一圈突出的圆弧，这是线接触密封。由紧固件预紧时“C”形环受到弹性的轴向压缩，允许少量屈服。工作时顶盖上浮，一方面密封环回弹张开，另一方面由内压作用在环的内腔而使环进一步张开，使线接触处仍旧压紧，压力越高越紧。“
7、C”形环是自紧式密封环。,“C”形环的优点是结构简单，无主螺栓，特别适合于快开连接，但由于使用大型设备的经验不多，一般只用于内径1000mm以内32MPa压力以下及350oC以下的场合。,9,高压密封的结构形式,空心金属“O”形环是用外径不超过12mm的金属小圆管弯制而成的。,(六)空心金属O型环密封,“O”形环放在密封槽内，预紧时紧固件将管子压扁，回弹力为“O”形环的密封面压紧力。如果管内充以惰性气体或能升温后气化的固体，可形成3.510.5MPa压力，或在环内侧钻若干小孔使环内与工作介质连通，可加强自紧密封作用。,充气“O”形环工作时，升温后管内压力增加，补偿了由于温度升高使材料回弹能力降
8、低的影响，起自紧作用。,“O”形环密封结构简单，密封可靠，经验较多。可从中低压到超高压的密封，压力可达280MPa，个别甚至达350700MPa。温度从常温到350OC。“O”形环常用奥氏体不锈钢小管制成，为改善密封性能，常在“O”形环外表面镀银。,10,高压密封的结构形式,1楔形垫与平垫自紧密封,(七)其他形式的自紧密封,工作时浮动的端盖受内压作用升高将楔形垫压紧，达到自紧目的。楔形垫有两个密封面，靠斜面受力所得径向分力将垫与筒体压紧。这种结构虽有自紧作用，但仍有主螺栓，主螺栓不仅要提供预紧力，浮动端盖所受到的介质载荷也将由主螺栓承担。因此主螺栓较大，使法兰尺寸也较大。,11,高压密封的结构
9、形式,1楔形垫与平垫自紧密封,(七)其他形式的自紧密封,平垫自紧密封，其结构如图522所示，亦称布里奇曼密封。它由螺栓套筒进行预紧，工作时内压载荷加在端盖上，从而使金属平垫更加压紧。这种密封结构取消了大螺栓，预紧及工作密封载荷均由螺纹套筒承担，但大直径的装拆困难，较少采用。,12,高压密封的结构形式,2三角垫、B形环、八角垫与椭圆垫密封,(七)其他形式的自紧密封,这些都是特殊形式的密封垫，见下图。三角垫和B形环依靠工作介质的压力使密封圈径向压紧，从而产生自紧作用。它们的结构都比较精细，接触面小，加工要求高，B形环要求在密封槽内有一定的过盈量，使制造与装配的要求都大大提高。B形环密封在石油工业中
10、较早采用，从中低压到高压以至在较高温度下都有较可靠的密封性能，但自紧作用较小。金属的八角垫及椭圆垫是炼油与加氢装置中习惯采用的密封结构，简单可靠。,13,高压密封的结构形式,由于高压管道在现场安装，对连接的尺寸精度不可能过高，常出现强制连接的情况，带来很大的附加弯矩或剪力。高压管道的连接结构设计应给予特殊的考虑。,(八)高压管道密封,采用球面金属垫，形成球面与锥面之间的线接触密封。能自动适应两连接管道不直的情况，即自位性好，线接触处可得到较高密封比压，密封可靠。如图所示，将管端加工成B20o的锥面作为密封面，垫圈则为带有两个球面的透镜式垫圈，用软钢制成，或用原管道材料车削而成。,管道与法兰不用焊接，螺纹连接，法兰对管道的附加弯曲应力很小，当安装管道不同心不直时法兰对管道的附加弯矩大为减小。,
