[发明专利]一种压力容器密封锁紧结构的计算方法

说明书

本发明公开了一种压力容器密封锁紧结构的计算方法。本方法首先根据力平衡原则得到压力作用下密封锁紧结构所需的最小密封力的计算公式；得到抗剪钢球中间剖面的平均剪应力表达式；再根据圆环状通道中心圆直径L和抗剪钢球半径r的关系，得到密封锁紧结构所需的平均剪应力表达式，并计算得到平均剪应力；将平均剪应力与抗剪钢球材料的允许剪应力进行比较，如平均剪应力小于允许剪应力则设计满足要求，并确定抗剪钢球数目。本发明给出了抗剪钢球剪应力判断依据及数目确定方法，为密封锁紧结构的设计提供了参考，并给出了各参数之间的关系，为新型密封锁紧结构的优化设计提供了重要依据。

技术领域

本发明属于压力容器设计领域，具体是涉及一种压力容器密封锁紧结构的计算方法。

背景技术

GB150.1～150.4-2011《压力容器》中设计压力不高于35MPa的压力容器推荐选用的密封结构有金属平垫密封、双锥环密封、伍德密封、卡扎里密封、卡箍快开式密封等型式。《高压容器设计》中推荐快开类高压容器密封结构选用无螺栓联接型式，包含卡箍联接、抗剪螺栓联接、抗剪销联接及抗剪环联接。近年来压力容器的发展不断走向高参数化,选用抗剪联接的密封结构在压力作用下抗剪部件易发生咬死，不易拆卸，运行效率低；选用卡箍和其他法兰联接的锁紧结构采用大型锻件加工，制造难度大，成本高。针对上述结构的问题，技术人员设计了一种新型的压力容器密封锁紧结构，如图1、2所示，该密封锁紧结构包括在压力容器的筒体端部1内壁面周向上开设的第一环状凹槽以及在压力容器的顶盖4外周面上开设的第二环状凹槽，所述顶盖4安装在所述筒体端部1上后所述顶盖4外周面与所述筒体端部1内壁面贴合，所述第一环状凹槽与第二环状凹槽两者槽口相对且形成截面为圆形的环状通道A，所述环状通道A内填充有使得所述筒体端部1与顶盖4实现锁紧的抗剪钢球3，所述筒体端部1上开设有与所述环状通道相通的进球孔6以及出球孔7。所述密封锁紧结构通过抗剪钢球实现压力容器筒体端部与顶盖的安装锁紧，改变了以往密封锁紧结构采用的法兰联接、卡箍联接、抗剪螺栓联接、抗剪销联接及抗剪环联接等锁紧结构型式，所述密封锁紧结构大大的降低了筒体端部及顶盖的重量，降低了容器的造价，运行安全性好，经济效益显著。所述抗剪钢球是所述密封锁紧结构的关键部件，那么在安装、使用前，如何对所述抗剪钢球建立相应的失效判定依据以及如何确定抗剪钢球数目就显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种压力容器密封锁紧结构的计算方法。该方法提供了抗剪钢球的失效判断依据及数目确定方法，为相应密封锁紧结构的应用推广提供了理论计算依据。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种压力容器密封锁紧结构的计算方法，包括以下步骤：

S1、明确压力容器设计参数和抗剪钢球材料；

S2、根据力平衡原则，计算在压力容器设计压力作用下所需的最小密封力F，计算公式如下：

式中P为压力容器设计压力，D为密封面直径；

S3、通过步骤S2计算得到最小密封力F来计算得到抗剪钢球中间剖面的平均剪应力τ，计算公式如下：

式中N为抗剪钢球个数，r为抗剪钢球半径；

S4、圆形环状通道中心圆直径L和抗剪钢球半径r之间关系如下：

πL＝2Nr，

S5、将步骤S4中的关系式代入步骤S3，可以得到如下公式：

S6、根据TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》要求，所述抗剪钢球材料的允许剪应力应满足下列要求：

[τ]＝σ_s/n，