[實用新型]一種高溫高壓連接用金屬密封結構

有效

• 申請號: 200920048969.0
• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN201526668U
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 顧伯勤;戴玉林;朱瑞松;孫振國;陳曄;周劍鋒;邵春雷;奚冬興;孫正毅;王洪靜;錢海燕
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化揚子石油化工有限公司
• 主分類號: F16J15/06
• 分類號: F16J15/06
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本實用新型涉及一種密封結構，尤其是高溫高壓連接用密封結構，更具體地說涉及一種可用于高溫高壓且溫度壓力均有波動的壓力容器或其它過程設備的金屬密封連接結構。

背景技術

墊片是影響連接密封性能的關鍵元件。隨著壓力容器和管道向高溫、高壓及大型化方向發展，對高溫高壓密封提出了更高的要求。就高溫高壓密封元件而言，目前使用的主要有金屬平墊密封、雙錐環密封、C型環密封、金屬O形環密封、八角墊密封以及透鏡墊密封等。國內外許多單位和技術團體紛紛開展了金屬墊片密封研究。

理論研究方面，在國外，Kollmann依據虎克定律，對金屬平墊在高壓工況下的彈、塑性應力應變進行了分析，發現在高壓下，金屬平墊發生顯著的彈性變形且影響其密封性能，得到了相應的應力應變公式。應力應變公式的建立為金屬平墊設計提供了理論依據。Thomas采用G-W和M-R彈性接觸模型研究了表面粗糙度對金屬密封表面變形的影響，研究表明表面形貌對金屬密封性能影響很大，在相同的密封程度下，使密封面的接觸區產生彈性變形所需要的接觸力不一定小于產生塑性變形所需要的接觸力，接觸表面越粗糙這種情況越明顯。Korndorf詳述了雙錐環密封的計算方法，在此方法中考慮了具有摩擦力的雙錐環因內壓載荷所產生的附加螺栓力，但忽略了由預緊力所產生的雙錐環應力。Bertsch等推導出了雙錐環的螺栓力及密封比壓和內壓的關系式，從而能夠較準確地計算雙錐環的有效密封力。

在國內，蘭州石油化工機器廠二分廠技術組依據雙錐環密封連接的變形協調條件，用解析方法描述雙錐環密封結構升壓和降壓的工作過程，提出了各個工作階段的螺栓力和密封力與壓力載荷的解析關系，并試圖以簡化的力學圖解加以直觀說明。巢建偉從理論上分析了超出標準范圍的高壓和大直徑八角墊的受力情況，給出了預緊和操作狀況下螺栓載荷的計算公式，此公式中螺栓載荷的計算不是以m、y值為基礎，而是與預緊比壓、操作壓力、螺栓和八角墊的材料尺寸、摩擦角有關，并提出了設計使用八角墊時的注意事項。梁乃章分析了目前國內采用的透鏡墊連接系統螺栓載荷計算公式中存在的問題，著重探討了摩擦力、介質種類及工作壓力對螺栓載荷的影響，并提出了初步的改進意見。馮秀和顧伯勤通過對不同壓應力下的金屬墊片密封表面輪廓曲線進行測量，依據分形幾何理論研究了金屬墊片密封表面形貌的分形特征，采用結構函數法計算表面輪廓的分形維數、尺度系數和特征尺度系數，探討了壓應力對分形參數的影響，并依據分形幾何理論，結合不可壓縮粘性流體層流流動理論，建立基于分形參數的金屬墊片泄漏模型，該模型揭示了泄漏率與密封表面形貌之間的關系。

實驗研究方面，在國外，Buchter對金屬墊片密封進行了一系列的試驗研究發現，使金屬密封面的接觸區產生彈性變形的接觸力不能夠形成耐高壓的緊密密封，只有在密封接觸力使接觸面產生永久變形時，才能夠形成密封，且密封接觸力是墊片材料屈服強度的兩倍。高壓密封連接的密封元件不需要很高的表面光潔度。Bazergui對橢圓墊進行了試驗研究，結果發現隨著墊片應力的增加，泄漏率降低速度很快，而達到某一墊片應力后，泄漏率隨墊片應力變化很小。Matsuzaki?Yoshil等利用薄的聚碳酸酯軟片觀察了金屬平墊接觸狀態。