伍德密封的结构见图29.10-10。该结构是目前高压加氢装置上使用较为满意的一种高压自紧式密封,其密封机理是靠密封环壳体锥面及浮动顶盖的凸形面接触来实现的,借预紧螺栓达到预紧作用。当工作时,介质压力通过浮动顶盖传递到密封环上,从而产生自紧作用。四合环是可拆卸的,由四部分组成并用螺栓联接,四合环和密封环之间做成斜面,这样可越拉越紧。密封环三面做成斜形,给自紧作用建立了先决条件。由于顶盖1可以自由移动,故温度、压力有波动时密封性能良好,且有自紧作用。开启速度快,适用于快开的场合。该结构虽然没有大螺栓,但密封结构较复杂,零件多、组装时要求高,加工精度要求高。
使用范围:直径D=600~800mm,温度t<350℃,压力p≥30MPa。
图29.10-10 伍德密封
a)伍德密封结构;b)压垫的结构及受力分析
1—顶盖;2—预紧螺栓;3—螺母;4—支持环;5—四合环;
6—拉紧螺栓;7—密封环;8—筒体端部
支持环的结构见图29.10-11,四合环系由四块元件组成的圆环,每块元件均有一个螺孔(见图29.10-12)计算时是将四合环视为一个圆环进行强度较核。
密封环的受力分析如图29.10-13所示,假设预紧螺栓保证顶盖和密封环间密封性的最低密封压力为:每1mm接触长度上的力为q,考虑到摩擦力的作用,预紧螺栓预紧载荷为
式中: DK——顶盖与密封环接触直径,这里DK=856mm;
α——密封圈锥角,α=30°;
ρ——摩擦角,取ρ=8°30′
q——保证预盖和密封圈间的密封性的最低单位长度密封力,取q=300N/mm。
故
预紧时,密封圈的侧压力
操作时,密封环单位长度上受力
图29.10-11 支持环
图29.10-12 四合环
图29.10-13 密封环受力分析
对于伍德式密封,N1一般控制在5500N/mm左右,就能保证密封的可靠性了。至于密封环与顶盖的接触应力σmax校核,建仪以0.6σmax≤σS为限制条件。
卡扎里密封
卡扎里密封的结构见图29.10-3,密封力和内压力由预紧螺栓和筒体上的锯齿螺纹分别承受,套筒具有上下两段锯齿形螺纹,下段与筒体联接部分为连续螺纹,上段开有6个间隔为30°槽的间断螺纹,装配时只需将顶盖插入套筒后旋转30°即可,由于紧固件采用螺纹长套筒,因而省去了大直径的主螺栓,拆装方便,在同样操作压力下,螺纹套筒的轴向变形远小于螺栓的轴向变形,因此安装时所需预应力较小。
图29.10-3 卡轧里密封结构
1—顶盖;2—螺纹套筒;3—筒体端部;4—预紧螺栓;5—压坏;6—密封垫
螺纹套筒的加工困难,螺纹精度要求高,用于内径D1≥1000,温度t≤350℃,压力p≥30MPa的场合。
密封垫见图29.10-4,压环见图29.10-5。密封垫的受力分析:由图29.10-4,轴向载荷为:
1)预紧时,取下列二值中的较大值为Q0
2)操作时,取下列二值中的较大值为Q
图29.10-4 密封垫
图29.10-5 压环
图29.10-6 内螺纹卡扎里密封结构
1—螺栓;2—螺母;3—压环;4—平盖;5—密封垫;6—筒体端部
图29.10-7 改良卡扎里密封结构
1—主螺栓;2—主螺母;3—垫圈;4—平盖;5—预紧螺栓;
6—筒体端部法兰;7—压环;8—密封垫
式中 D1——内直径(mm);
DG——密封面平均直径(mm);
b——垫片宽度(mm)
p0——密封预紧单位面积压力(MPa);
p——单位面积工作压力(MPa);
α——楔形角,可取30°、45°、60°。
卡扎里密封的另外二种结构见图29.10-6和7。改良卡扎里密封仍采用大螺栓承受内压。
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