CN105179688B - 压力容器卡块连接紧固结构 - Google Patents

Abstract

一种压力容器卡块连接紧固结构，具有第一高颈、第二高颈、密封元件和紧固装置，所述第一高颈的外圆面上具有第一凸肩，所述第二高颈的外圆面上具有第二凸肩，第一高颈与第二高颈之间具有密封元件，所述紧固装置包括卡块和钢板圈，第一高颈和第二高颈的外周装有若干个卡块，卡块的两端均具有卡爪，且两端的卡爪分别卡在第一高颈的第一凸肩上和第二高颈的第二凸肩上，钢板圈包在若干个卡块的外侧面上，并将卡块包住。本发明既能适用于大直径可拆式高压容器，而且又结构轻便，材料准备容易，加工方便，成本较低,解决了现有技术没有可用于大直径可拆式高压容器的连接紧固结构的问题，为可拆式高压容器向大型化方向发展提供了一种途径。

Description

压力容器卡块连接紧固结构

技术领域

本发明涉及压力容器领域，具体涉及一种压力容器卡块连接紧固结构。

背景技术

压力容器根据承压壳体的结构分为可拆式和不可拆式两种，其中可拆式结构的压力容器，可以在不破坏容器的情况下，将承压壳体拆解为两个或两个以上部分，以便装入或取出内件及内部填充物（如催化剂、填料），或者使人员进入容器内部进行检修及保养。

根据压力容器的设计压力p，压力容器划分为低压、中压、高压和超高压四个压力等级（具体见TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》附件A第A2条）。

对于低压或中压容器，拆开部位的连接结构一般采用法兰连接，法兰连接结构简单、密封可靠、装拆方便。但对于高压容器，法兰连接结构只能用于小直径的容器，当容器的直径较大时，就要采用其他连接结构。

目前在可拆式高压容器上，常用的连接结构型式有：金属平垫密封结构、双锥密封结构、伍德密封结构、卡扎里密封结构、八角垫和椭圆垫密封结构、卡箍连接紧固结构（具体见GB 150.3－2011《压力容器 第3部分：设计》附录C，《高压容器》化学工业出版社2003年1月第1版第四章“密封设计”中的第107～118页）。

根据现行的压力容器设计规范，金属平垫密封结构适用的最大直径为Φ1000 mm，双锥密封结构适用的直径为Φ400 mm～Φ3200 mm （具体见GB 150.3－2011《压力容器 第3部分：设计》附录C表C-1）。对于伍德密封结构、卡扎里密封结构、八角垫和椭圆垫密封结构、卡箍连接紧固结构，设计规范中没有规定具体的适用直径范围，但根据结构形式及现有的加工能力，适用的直径均不大于Φ2000 mm，其中卡箍连接紧固结构适用的容器直径一般不大于Φ1000 mm。

双锥密封结构的适用直径虽然可以达到为Φ3200 mm，但双锥密封结构是采用主螺栓连接的，容器的直径越大、容器内介质的压力越高，需要的螺栓直径就越大。随着螺栓直径的增大，连接结构的尺寸也要相应扩大，使得整个密封连接结构相当笨重，而且造价也很高，当容器的直径超过Φ3200 mm，双锥密封结构就不适用了。

卡箍连接紧固结构是一种无主螺栓的连接结构，与同样直径的双锥密封连接结构相比，卡箍连接紧固结构尺寸比较紧凑。但由于卡箍的形状是不规则的，用于大直径高压容器的卡箍需要用大型锻件加工，而且加工切削量很大，不仅材料准备不容易，加工难度大，费工费时，而且成本很高，因此卡箍连接紧固结构不适用于大直径的高压容器（具体见《高压容器》化学工业出版社2003年1月第1版第118页左栏上部）。

根据现有技术及压力容器设计规范，当可拆式高压容器的直径超过Φ3200mm时，没有相应连接紧固结构可以采用，这就制约了可拆高压容器向大型化的方向发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能适用于大直径可拆式高压容器，而且又结构轻便，材料准备容易，加工方便，成本较低的压力容器卡块连接紧固结构。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种压力容器卡块连接紧固结构，具有第一高颈、第二高颈、密封元件和紧固装置，所述第一高颈的外圆面上具有第一凸肩，所述第二高颈的外圆面上具有第二凸肩，第一高颈与第二高颈之间具有密封元件，其创新在于：所述紧固装置包括卡块和钢板圈，所述第一高颈和第二高颈的外周装有若干个卡块，所述卡块的两端均具有卡爪，且两端的卡爪、分别卡在第一高颈的第一凸肩上和第二高颈的第二凸肩上，所述钢板圈包在若干个卡块的外侧面上，并将卡块包住。

在上述技术方案中，所述第一高颈上具有第一压紧面，且第一压紧面的锥度角φ ₁为3°～35°，所述第二高颈上具有第二压紧面，且第二压紧面的锥度角φ ₂为3°～35°，卡块两端的卡爪的压紧面的倾斜角度分别与第一压紧面的锥度角φ ₁和第二压紧面的锥度角φ ₂相同。

在上述技术方案中，所述卡块的外侧面为外凸的圆弧面。

在上述技术方案中，所述卡块的外侧面上有两个顶丝螺纹通孔。

在上述技术方案中，所述卡块外侧面的宽度W ₁大于卡爪内侧面的宽度W ₂。

在上述技术方案中，所述钢板圈的两个接头处均设有连接螺栓， 且连接螺栓穿过连接板的连接孔，并由螺母和连接螺栓将连接板固定在钢板圈的两个接头上。

在上述技术方案中，所述钢板圈的两个接头直接采用焊接连接。

在上述技术方案中，所述钢板圈沿轴向具有上、下两圈，且两圈之间有间隔。

在上述技术方案中，所述钢板圈沿钢板厚度方向分为2层或2层以上，并且分别将每层钢板圈的两个接头直接采用焊接连接。

在上述技术方案中，所述第一高颈的第一密封面与第二高颈的第二密封面之间设有密封元件， 且所述密封元件为强制式密封垫片或自紧式密封垫片或半自紧式密封垫片。

在上述技术方案中，所述第一高颈与第二高颈之间具有的密封元件为无垫片焊接密封元件。

本发明所具有的积极效果是：解决了现有技术没有可用于大直径可拆式高压容器的连接紧固结构的问题，为可拆式高压容器向大型化方向发展提供了一种途径。而且这种压力容器卡块连接紧固结构中采用了若干个卡块和钢板圈组成的紧固装置，因而，它与现有的双锥密封连接结构相比，取消了主螺栓，可以大大减小连接结构件的尺寸，既可减少材料消耗又能降低设备造价，结构轻便，成本较低, 它与卡箍连接紧固结构相比，不需要采用大型锻件，而是采用若干个小尺寸卡块和一个钢板圈，材料准备容易，加工方便，成本更低。因此，本发明不仅适用的容器直径可以很大，而且由卡块和钢板圈组成的紧固装置结构轻便，材料准备容易，加工方便，同时，大大节约了成本和降低了设备的造价。

附图说明

图1是本发明的轴向剖视示意图；

图2是本发明的俯视示意图；

图3是本发明的第一、第二高颈连接处的放大示意图；

图4是图3中的钢板圈分为上下两圈的结构示意图；

图5是本发明的第二高颈的轴截面示意图；

图6是本发明的第一高颈的轴截面示意图；

图7是本发明中卡块的立体示意图；

图8是本发明中卡块的外侧面宽度大于内侧面宽度时的端面形状俯视示意图；

图9是图2中Ⅰ部的放大示意图；

图10是将图9中钢板圈的两个接头直接采用焊接连接的结构示意图；

图11是图10中的钢板圈沿钢板厚度方向分为3层的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明。

如图1、2、3、4、5、6、7、9、10、11所示，一种压力容器卡块连接紧固结构，具有第一高颈1、第二高颈5、密封元件4和紧固装置，所述第一高颈1的外圆面上具有第一凸肩1-1，所述第二高颈5的外圆面上具有第二凸肩5-1，第一高颈1与第二高颈5之间具有密封元件4，所述紧固装置包括卡块2和钢板圈3，所述第一高颈1和第二高颈5的外周装有若干个卡块2，所述卡块2的两端均具有卡爪2-1、2-2，且两端的卡爪2-1、2-2分别卡在第一高颈1的第一凸肩1-1上和第二高颈5的第二凸肩5-1上，所述钢板圈3包在若干个卡块2的外侧面2-5上，将卡块2包住，并将钢板圈3沿周向拉紧。具体卡块2的数量由单个卡块2的承载能力及压紧密封元件4所需的载荷与容器内介质的压力载荷而定。

如图1所示，所述第一高颈1下部与筒体10相连接，第二高颈5上部与连有封头11的筒体10相连接，当然也可以是第二高颈5上部直接与封头11相连接。

如图1、3、4、5、6所示，所述第一高颈1上具有第一压紧面1-3，且第一压紧面1-3的锥度角φ ₁为3°～35°，所述第二高颈5上具有第二压紧面5-3，且第二压紧面5-3的锥度角φ ₂为3°～35°，卡块2两端的卡爪2-1、2-2的压紧面2-3、2-4的倾斜角度分别与第一压紧面1-3的锥度角φ ₁和第二压紧面5-3的锥度角φ ₂相同。当第一高颈1上的第一压紧面1-3的锥度角φ ₁和第二高颈5上的第二压紧面5-3的锥度角φ ₂均为3°~8.5°时，由于该锥度角φ ₁和锥度角φ ₂的角度小于钢与钢接触的摩擦角，所以当用钢板圈3使卡块2将第一高颈1和第二高颈5卡紧后，即使将钢板圈3松开，卡块2与第一高颈1和第二高颈5之间因存在摩擦力而自锁，卡块2不会自行脱开。当第一高颈1上的第一压紧面1-3的锥度角φ ₁和第二高颈5上的第二压紧面的锥度角φ ₂均为8.5°~35°时，由于该锥度角φ ₁和锥度角φ ₂的角度大于钢与钢接触的摩擦角，所以，当用钢板圈3使卡块2将第一高颈1和第二高颈5卡紧后，要保持钢板圈3的拉紧状态，防止卡块2松开; 当需要松开卡块2时，只需将钢板圈3松开，即可使卡块2与第一高颈1和第二高颈5脱开。

如图2、7、8、9、10、11所示，所述卡块2的外侧面2-5为外凸的圆弧面。目的是为了使卡块2的外侧面2-5与钢板圈3紧密贴合。

如图7、8所示，所述卡块2的外侧面2-5上有两个顶丝螺纹通孔2-6。目的是如需使卡块2脱开，可用顶丝拧入两个顶丝螺纹通孔2-6并借助于顶丝螺纹通孔2-6的力传递作用而将卡块2顶出。

如图8所示，所述卡块2外侧面2-5的宽度W ₁大于卡爪2-1、2-2内侧面2-7的宽度W ₂，不仅增加了卡块2腰部的截面积，提高了卡块2的承载能力，而且减小了相邻卡块2间的侧面间隙，改善了钢板圈3的受力情况。

如图2、9、10所示，所述钢板圈3的两个接头6处均设有连接螺栓8，且连接螺栓8穿过连接板7的连接孔，并由螺母9和连接螺栓8将连接板7固定在钢板圈3的两个接头6上。当然， 也可以是所述钢板圈3的两个接头6处采用将连接板7的两端分别焊接在钢板圈3上。还可以是将钢板圈3的两个接头6直接采用焊接连接，用焊接材料将两个接头6之间的间隙填充形成焊缝12。当需要拆开时，将焊缝12切开即可。

如图1、3、4所示， 因为第一高颈1和第二高颈5与卡块2之间的接触面是斜面，所以在钢板圈3沿周向被拉紧的过程中，钢板圈3使卡块2卡紧在第一高颈1和第二高颈5上，并在第一高颈1和第二高颈5的第一密封面1-2与第二密封面5-2之间产生压紧密封元件4所需的压紧力。当钢板圈3的两端被拉紧到一定程度时，卡块2将第一高颈1和第二高颈5完全卡紧，这时就可用连接板7、连接螺栓8、螺母9将钢板圈3的两个接头6连接固定，也可以是将钢板圈3的两个接头6直接采用焊接连接。

如图4所示，所述钢板圈3沿轴向具有上、下两圈，分别为上钢板圈3-4和下钢板圈3-5，且两圈之间有间隔，便于检查密封元件4，或者用于焊接无垫片焊接密封元件的密封焊缝。

如图11所示，所述钢板圈3沿钢板厚度方向分为3层，并且分别将每层钢板圈3的两个接头6直接采用焊接连接，且三层钢板圈3分别为第一层钢板圈3-1、第二层钢板圈3-2、第三层钢板圈3-3。由内向外先包第一层钢板圈3-1，将其沿周向拉紧，并将其两个接头6直接采用焊接连接，然后依次包第二层钢板圈3-2，第三层钢板圈3-3，并分别依次拉紧并将其两个接头6直接采用焊接连接。当然钢板圈3的层数也可以分为2层或2层以上，由需要的钢板圈3的总厚度决定。需要的钢板圈3的总厚度比较厚时，将钢板圈3分为2层或2层以上，目的是便于将钢板圈3拉紧。

如图1、3、4所示，所述第一高颈1的第一密封面1-2与第二高颈5的第二密封面5-2之间设有密封元件4， 且所述密封元件4为强制式密封垫片或自紧式密封垫片或半自紧式密封垫片（具体见HG/T 20582－2011《钢制化工容器强度计算规定》第13章第13.1.2条，《高压容器》化学工业出版社2003年1月第1版第99页右栏）。当然， 也可以是所述第一高颈1与第二高颈5之间具有的密封元件4为无垫片焊接密封元件（具体见HG/T 20582－2011《钢制化工容器强度计算规定》第11章，《压力容器设计指导手册》（下册）云南科技出版社2006年8月第1版第255～260页）。密封面1-2、5-2的形式按所采用的密封元件4的结构要求决定（具体见GB 150.3－2011《压力容器 第3部分：设计》第7章“法兰”中表7-1，《高压容器》化学工业出版社2003年1月第1版第四章第八节“密封垫片”第120～129页）。

如图1、3、4所示，所述第一高颈1的第一密封面1-2与第二高颈5的第二密封面5-2之间设有密封元件4，且所述密封元件4为无垫片焊接密封元件时，第一高颈1上的第一压紧面1-3的锥度角φ ₁及第二高颈5上的第二压紧面5-3的锥度角φ ₂小于8.5°，目的是在分段焊接密封元件4的密封焊缝时，取下部分卡块2后，使卡在第一高颈1和第二高颈5上的其余卡块2仍为卡紧状态。

本发明在实施时， 第一高颈1与第二高颈5相对放置，且第一高颈1与第二高颈5之间具有密封元件4，第一高颈1和第二高颈5的外周装有若干个卡块2，卡块2两端的卡爪2-1、2-2分别卡在第一高颈1的第一凸肩1-1上和第二高颈5的第二凸肩5-1上，所述钢板圈3在周向开口状态下包在若干个卡块2的外侧面2-5上，并将卡块2包住。在钢板圈3的两个接头6处用拉紧器将钢板圈3沿周向拉紧，拉紧方法可采用多层压力容器筒体层板的包扎方法（具体见GB 150.4－2011《压力容器 第4部分：制造、检验和验收》第12章“多层容器”，HG 3129-1998《整体多层夹紧式高压容器》）。将钢板圈3拉紧后，用连接板7、连接螺栓8、螺母9将钢板圈3的两个接头6连接固定，也可以将钢板圈3的两个接头6直接采用焊接连接。

本发明在拆卸时，先拆下钢板圈3，若钢板圈3采用螺栓8和连接板7连接，则卸下螺栓8取下连接板7即可松开并拆下钢板圈3; 若钢板圈3采用连接板7将其焊接在钢板圈3上,或者是两个接头6直接采用焊接连接，则将焊缝切开即可松开并拆下钢板圈3。

在取下钢板圈3后，当第一、第二高颈1、5上的压紧面1-3、5-3的锥度角φ ₁、φ ₂均为3°～8.5°时，由于该锥度角φ ₁和锥度角φ ₂的角度小于钢与钢接触的摩擦角，所以当用钢板圈3使卡块2将第一、第二高颈1、5卡紧后，即使将钢板圈3松开，卡块2与第一、第二高颈1、5之间因存在摩擦力而自锁，卡块2不会自行脱开，需要用外力将卡块2向外拉出，也可以通过卡块2的外侧面2-5上的顶丝螺纹通孔2-6，用顶丝将卡块2顶出，即可取下卡块2，卸下紧固装置。

当第一、第二高颈1、5上的压紧面1-3、5-3的锥度角φ ₁、φ ₂均为8.5°～35°时，由于该锥度角φ ₁和锥度角φ ₂的角度大于钢与钢接触的摩擦角，当需要松开卡块时，只需将钢板圈3松开，即可使卡块2与第一、第二高颈1、5脱开，取下卡块2，卸下紧固装置。

本发明除了可用于直径大于Φ3200mm的可拆卸式高压容器外，也可以用于直径小于或等于Φ3200mm的可拆卸式高压容器，当然还可以用于大直径的可拆式中压容器。

Claims (9)

1.一种压力容器卡块连接紧固结构，具有第一高颈(1)、第二高颈(5)、密封元件(4)和紧固装置，所述第一高颈(1)的外圆面上具有第一凸肩(1-1)，所述第二高颈(5)的外圆面上具有第二凸肩(5-1)，第一高颈(1)与第二高颈(5)之间具有密封元件(4)，其特征在于：所述紧固装置包括相互独立的卡块(2)和钢板圈(3)，所述第一高颈(1)和第二高颈(5)的外周装有若干个卡块(2)，所述卡块(2)的两端均具有卡爪(2-1、2-2)，且两端的卡爪(2-1、2-2)分别卡在第一高颈(1)的第一凸肩(1-1)上和第二高颈(5)的第二凸肩(5-1)上，所述钢板圈(3)包在若干个卡块(2)的外侧面(2-5)上，并将卡块(2)包住，所述钢板圈(3)沿轴向具有上、下两圈，且两圈之间有间隔；

所述第一高颈(1)上具有第一压紧面(1-3)，且第一压紧面(1-3)的锥度角φ₁为3°～8.5°，所述第二高颈(5)上具有第二压紧面(5-3)，且第二压紧面(5-3)的锥度角φ₂为3°～8.5°，卡块(2)两端的卡爪(2-1、2-2)的压紧面(2-3、2-4)的倾斜角度分别与第一压紧面(1-3)的锥度角φ₁和第二压紧面(5-3)的锥度角φ₂相同。

2.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述卡块(2)的外侧面(2-5)为外凸的圆弧面。

3.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述卡块(2)的外侧面(2-5)上有两个顶丝螺纹通孔(2-6)，所述顶丝螺纹通孔(2-6)用于安装顶丝，以使所述顶丝借助所述顶丝螺纹通孔(2-6)的力传递作用而将所述卡块(2)顶出。

4.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述卡块(2)外侧面(2-5)的宽度W₁大于卡爪(2-1、2-2)内侧面(2-7)的宽度W₂。

5.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述钢板圈(3)的两个接头(6)处均设有连接螺栓(8)，且连接螺栓(8)穿过连接板(7)的连接孔，并由螺母(9)和连接螺栓(8)将连接板(7)固定在钢板圈(3)的两个接头(6)上。

6.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述钢板圈(3)的两个接头(6)直接采用焊接连接。

7.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述钢板圈(3)沿钢板厚度方向分为2层或超过2层，并且分别将每层钢板圈(3)的两个接头(6)直接采用焊接连接。

8.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述第一高颈(1)的第一密封面(1-2)与第二高颈(5)的第二密封面(5-2)之间具有的密封元件(4)为强制式密封垫片或自紧式密封垫片或半自紧式密封垫片。

9.根据权利要求1所述的压力容器卡块连接紧固结构，其特征在于：所述第一高颈(1)与第二高颈(5)之间具有的密封元件(4)为无垫片焊接密封元件。