CN104791487A - 一种增强高温压力容器气密性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温压力容器的密封技术领域，尤其涉及一种增强高温压力容器气密性的方法。该增强高温压力容器气密性的方法，通过在高温压力容器接合处设置密封槽和密封条，并利用密封条和法兰的材料线膨胀系数不同，实现较好的密封效果，解决现有高温压力容器连接处密封效果较差的问题。

Description

一种增强高温压力容器气密性的方法

技术领域

本发明涉及高温压力容器的密封技术领域，尤其涉及一种增强高温压力容器气密性的方法。

背景技术

目前对压力容器的密封，一般在压力容器接合处加设法兰，并在法兰处加胶质或垫片实现密封。而对于工作时容器内有高温高压气体的高温压力容器，则不适用加胶质或垫片，一般是通过提高法兰面的加工精度或者加大螺栓预紧力来增加密封面积来实现密封，但这种解决方案对于结构复杂的压力容器效果并不明显，如汽轮机、燃气轮机的气缸法兰接合处，由于温度和压力不均匀、螺栓预紧力不均等造成法兰处有开缝漏气现象，而通过加大螺栓预紧力来增加密封面积，经常会出现一边压紧另一边又翘起，很难完全控制高压气体外漏。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是要提供一种增强高温压力容器气密性的方法，以解决现有高温压力容器连接处密封效果较差的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种增强高温压力容器气密性的方法，包括以下步骤：

S1，沿高温容器的两法兰接合处缝隙，在两法兰接合面上开设密封槽；

S2，选用线膨胀系数比密封槽线膨胀系数大的材料作为密封条；

S3，将密封条装到密封槽中，并根据密封条和密封槽的线膨胀系数和密封槽的尺寸，计算密封条在高度方向和宽度方向的初始安装间隙。

优选地，步骤S3中在密封槽宽度方向上，将密封条放置在密封槽的中间位置，使密封条的左右边与密封槽之间分别有初始安装间隙a1，且a1大于等于密封条与密封槽宽度方向的膨胀量之差；

在密封槽高度方向上，将密封条远离高压气体的面与密封槽的槽面贴合，使密封条与密封槽之间在高度方向上仅有初始安装间隙a2，且a2小于等于密封条与密封槽高度方向的膨胀量之差。

优选地，密封条的左右边与密封槽之间分别有初始安装间隙a1通过以下公式确定：

△3＝△T×m1×c1

△4＝△T×m2×c2

a1≥△4-△3

即a1≥△T×(m2×c2-m1×c1)

密封条与密封槽之间在高度方向上初始安装间隙a2通过以下公式确定：

△1＝△T×h1×c1

△2＝△T×h2×c2

a2≤△2-△1

即a2≤△T×(h2×c2-h1×c1)

其中，△1为密封槽高度方向膨胀量，△2为密封条高度方向膨胀量，△3为密封槽宽度方向膨胀量，△4为密封条宽度方向膨胀量，△T为升高的温度，h1为密封槽高度，h2为密封条高度，m1为密封槽右侧的宽度，m2为密封条右侧的宽度，c1为密封槽线膨胀系数，c2为密封条线膨胀系数。

本发明还提供了一种高温压力容器密封结构，包括高温压力容器和设置于高温压力容器结合处，用于连接高温压力容器的两个法兰，沿所述两个法兰的结合处设有密封槽，且所述密封槽由分别开设在每侧法兰结合面上的两个大小相同、位置相对的凹槽组成，所述密封槽内设有密封条，且所述密封条的材料线膨胀系数大于所述密封槽的材料线膨胀系数。

优选地，所述密封槽开设在所述两个法兰结合面上靠近高压气体的位置。

优选地，所述密封条在密封槽的宽度方向上位于所述密封槽的中间位置，所述密封条的左右边与所述密封槽之间各设有初始安装间隙a1；在密封槽的高度方向上，所述密封条远离高压气体的面与所述密封槽的槽面贴合，所述密封条靠近高压气体的面与所述密封槽之间设有初始安装间隙a2。

优选地，所述密封槽的槽面为平面结构。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明增强高温压力容器气密性的方法，通过在高温容器的法兰接合处设置密封槽和密封条，并利用密封条和法兰的材料线膨胀系数不同，实现较好的密封效果，解决现有高温压力容器连接处密封效果较差的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的增加高温压力容器气密性的方法流程图；

图2是本发明实施例的高温压力容器密封结构剖面示意图；

图3是图2室温状态下密封槽和密封条结构放大示意图；

图4是图3高温膨胀状态下密封槽和密封条结构示意图。

图中：1：高温压力容器；11：法兰；12：密封槽；13：密封条；2：高压气体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的增强高温压力容器气密性的方法包括如下步骤：

S1，沿高温压力容器1的两法兰11接合处缝隙，在两法兰11接合面上开设密封槽12；

S2，选用线膨胀系数比密封槽12线膨胀系数大的材料作为密封条13；

S3，将密封条13装到密封槽12中，并根据密封条13和密封槽12的线膨胀系数和密封槽12的尺寸，计算密封条13在高度方向和宽度方向的初始安装间隙。

如图2-图4所示，将密封条13设置在密封槽12的宽度方向上位于密封槽12中间的位置，使密封条13的左右边与密封槽12之间分别有初始安装间隙a1；在密封槽12高度方向上，密封条13远离高压气体2的面与密封槽12的槽面贴合，使密封条13与密封槽12之间在高度方向上仅有一个初始安装间隙a2，有利于高压气体2将密封条13向外压紧缝隙。

为了使密封效果更好，且不产生多余的应力，优选地，密封槽12宽度方向上，密封条13左右的初始安装间隙a1大于等于密封条13宽度方向的膨胀量与密封槽12宽度方向的膨胀量之差；

密封槽12高度方向上，密封条13与密封槽12的初始安装间隙a2小于等于密封条13高度方向的膨胀量与密封槽12高于度方向的膨胀量之差。

即密封槽12的宽度方向的初始安装间隙a1可以通过以下公式确定：

△3＝△T×m1×c1

△4＝△T×m2×c2

a1≥△4-△3

即a1≥△T×(m2×c2-m1×c1)

密封槽12的高度方向初始安装间隙a2可以通过以下公式确定：

△1＝△T×h1×c1

△2＝△T×h2×c2

a2≤△2-△1

即a2≤△T×(h2×c2-h1×c1)

其中，△1为密封槽12高度方向膨胀量，△2为密封条13高度方向膨胀量，△3为密封槽12宽度方向膨胀量，△4为密封条13宽度方向膨胀量，△T为升高的温度，h1为密封槽12高度，h2为密封条13高度，m1为密封槽13右侧的宽度，m2为密封条13右侧的宽度，c1为密封槽12线膨胀系数，c2为密封条13线膨胀系数。

如图2所示的一种高温压力容器的密封结构，包括高温压力容器1和设置于高温压力容器1接合处用于连接的两个法兰11，两个法兰11通过螺栓加固，两个法兰11的接合处设有密封槽12，该密封槽12由分别开设在每个法兰11上两个大小相同、位置相对的凹槽组成，在密封槽12内设有与密封槽12相配合的密封条13，且密封条13所选材料的线膨胀系数大于密封槽12所选用材料的线膨胀系数。在高温膨胀时，密封条13更好的压紧法兰11接合处的缝隙，起到更好的密封效果。

为了起到进一步增加密封效果，优选地，将密封槽12开设在位于靠近法兰11的轴心但与法兰11内壁还有一定距离的位置，当两个法兰11接合时，分别位于两个法兰结合面上的两个凹槽对应并组成用于封装密封条13的密封槽12，靠近高压气体2的位置会受到更大的力，有利于将密封条13更好的压紧缝隙，但因为密封条13在膨胀时会对密封槽壁产生一定的力，为了使密封槽12更为牢固，密封槽与法兰11的内壁要有一定的距离，使其足够承受密封条13形变产生的力。

为了改善密封槽12的强度，使密封槽12与密封条13紧密接合，并且不产生多余应力，优选地，将密封槽12的槽面设为平面结构。

综合考虑密封效果、使用寿命等各种因素，密封槽12的高度方向初始安装间隙a2不能过小，以免产生破坏应力，优选地，高度方向的初始安装间隙a2是密封条13和密封槽12高度方向膨胀量差的0.9-1倍。

如图所示3，密封槽12和密封条13沿两法兰11的接合处左右对称，取密封槽12和密封条13的右侧进行设计分析。法兰11的材料为1Cr13，其线膨胀系数c1为1×10^-6/℃，采用密封条13的材料为00Cr19Ni10，其线膨胀系数c2为1.8×10^-6/℃。现在每侧法兰11上各开一半槽，每侧槽的左右宽度m1为0.015m，上下高度h1为0.01m，密封条13右侧的尺寸为待求设计量，根据密封槽12的尺寸和线膨胀系数及密封条13的线膨胀系数，计算出密封条13的右侧宽度m2和右侧初始安装间隙a1及密封条13的高度h2和高度方向初始安装间隙a2。

当该高温压力容器的密封结构在工作时，假设温度由室温20℃升高到520℃温升量为500℃，为了起到密封效果，密封条13与密封槽12的高度方向的膨胀量差要大于等于初始安装间隙a2，在取初始安装间隙a2最大值时，即密封条13与密封槽12的高度方向的膨胀量差等于高度方向的初始安装间隙a2时，即可列出方程：

(△T×h2×c2)-(△T×h1×c1)＝h1-h2

求解得到：h2＝0.009996m

得初始安装间隙最大为：a2＝h1-h2＝0.000004m

为了在法兰11的轴向上不产生多余的应力，密封条13与密封槽12宽度方向的膨胀量差要小于等于宽度方向初始安装间隙a1，在取宽度方向的初始安装间隙a1为最小值时，即在密封条13与密封槽12的宽度方向的膨胀量差等于宽度方向的初始安装间隙a1，即可列出方程：

(△T×m2×c2)-(△T×m1×c1)＝m1-m2

求解得到：m2＝0.014994m

得初始间隙最小为：a1＝m1-m2＝0.000006m

由此得到，密封条13的高度h2最小值为0.009996m，即高度方向的最大初始安装间隙a2为0.000004m；密封条13右侧(密封条中线右侧)的宽度m2最大为0.014994m，即宽度方向的最小初始安装间隙a1为0.000006m。如图4所示，此时，密封条13在高度方向上与密封槽12的槽面紧贴，达到较好的密封效果，而宽度方向上密封条13与密封槽12的槽面不接触，不会产生多余的应力，实现了较好的密封效果，解决现有高温压力容器连接处密封效果较差的问题。

综上所述，本发明增强高温压力容器气密性的方法，通过在高温容器的法兰接合处设置密封槽和密封条，并利用密封条和法兰的线膨胀系数不同，实现较好的密封效果，解决现有高温压力容器接合处密封效果较差的问题。

需要说明的是，本发明中密封条的右侧是指密封条中线的右侧，其与密封条左侧沿中线对称，密封条左侧的膨胀量与右侧相同，本实施例中为描述清晰、简洁，宽度方向上仅选用密封条的右侧进行说明。

还需要说明的是，本发明的是利用沿法兰接合处设置密封槽和密封条，并利用密封槽和密封条不同的线膨胀系数来实现较好密封，其不仅适用于环形法兰，也适用于矩形法兰，或者环形法兰和矩形法兰相接合的高温压力容器的密封。

还需要说明的是，本发明不仅限于法兰连接结构，还适用于其它连接方式的高温压力容器。

需进一步说明的是，利用本发明的原理，对低温压力容器依然可以实现较好的密封，仅需要在选取密封条材料时，选用线膨胀系数小于密封槽线膨胀系数的材料，在受冷收缩时，密封槽的收缩量要比密封条的收缩量大，依然可以实现密封效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种增强高温压力容器气密性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，沿高温容器的两法兰接合处缝隙，在两法兰接合面上开设密封槽；

S2，选用线膨胀系数比密封槽线膨胀系数大的材料作为密封条；

S3，将密封条装到密封槽中，并根据密封条和密封槽的线膨胀系数和密封槽的尺寸，计算密封条在高度方向和宽度方向的初始安装间隙。

2.根据权利要求1所述的增强高温压力容器气密性的方法，其特征在于：步骤S3中在密封槽宽度方向上，将密封条放置在密封槽的中间位置，使密封条的左右边与密封槽之间分别有初始安装间隙a1，且a1大于等于密封条与密封槽宽度方向的膨胀量之差；

在密封槽高度方向上，将密封条远离高压气体的面与密封槽的槽面贴合，使密封条与密封槽之间在高度方向上仅有初始安装间隙a2，且a2小于等于密封条与密封槽高度方向的膨胀量之差。

3.根据权利要求2所述的增强高温压力容器气密性的方法，其特征在于：密封条的左右边与密封槽之间分别有初始安装间隙a1通过以下公式确定：

△3＝△T×m1×c1

△4＝△T×m2×c2

a1≥△4-△3

即a1≥△T×(m2×c2-m1×c1)

密封条与密封槽之间在高度方向上初始安装间隙a2通过以下公式确定：

△1＝△T×h1×c1

△2＝△T×h2×c2

a2≤△2-△1

即a2≤△T×(h2×c2-h1×c1)

其中，△1为密封槽高度方向膨胀量，△2为密封条高度方向膨胀量，△3为密封槽宽度方向膨胀量，△4为密封条宽度方向膨胀量，△T为升高的温度，h1为密封槽高度，h2为密封条高度，m1为密封槽右侧的宽度，m2为密封条右侧的宽度，c1为密封槽线膨胀系数，c2为密封条线膨胀系数。

4.一种高温压力容器密封结构，包括高温压力容器，其特征在于：所述高温压力容器结合处设有用于连接高温压力容器的两个法兰，沿所述两个法兰的结合处设有密封槽，且所述密封槽由分别开设在每侧法兰结合面上的两个大小相同、位置相对的凹槽组成，所述密封槽内设有密封条，且所述密封条的材料线膨胀系数大于所述密封槽的材料线膨胀系数。

5.根据权利要求4所述的高温压力容器密封结构，其特征在于：所述密封槽开设在所述两个法兰结合面上靠近高压气体的位置。

6.根据权利要求4所述的高温压力容器密封结构，其特征在于：所述密封条在密封槽的宽度方向上位于所述密封槽的中间位置，所述密封条的左右边与所述密封槽之间各设有初始安装间隙a1；在密封槽的高度方向上，所述密封条远离高压气体的面与所述密封槽的槽面贴合，所述密封条靠近高压气体的面与所述密封槽之间设有初始安装间隙a2。

7.根据权利要求4所述的高温压力容器密封结构，其特征在于：所述密封槽的槽面为平面结构。