CN109519541B - 一种内置高压人孔装置及其启、闭操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内置高压人孔装置及其启、闭操作方法,属于压力容器技术领域。该装置包括嵌装于容器体的人孔补强管以及铰链安装于容器体内的人孔盖,人孔补强管的定位凹陷内嵌装固定盘，其周圈均布的螺栓孔中穿装拉紧螺杆，其内周固定人孔盖引导定心结构，且具有至少一个开启顶杆螺纹孔；固定盘的内周具有至少一个关闭拉杆螺纹孔，人孔盖对应位置具有牵拉生根件，关闭拉杆的内端与牵拉生根件之间通过牵拉索连接。本发明以周圈分布的较多小规格拉紧螺杆代替中部的大规格螺栓，使人孔盖的启闭方便安全；彻底避免了外凸变形对密封的不利影响。同时，固定盘与开启顶杆、关闭拉杆以及引导定心结构的有机结合，使得人孔盖的开启、闭合难题得到了彻底解决。

Description

一种内置高压人孔装置及其启、闭操作方法

技术领域

本发明涉及一种人孔结构，尤其是一种内置高压人孔装置，同时还涉及其启闭操作方法,属于压力容器技术领域。

背景技术

长期以来，高压设备的内置人孔典型结构如图7和图8所示,包括嵌装并密封焊接于容器体1的人孔补强管2以及内端通过铰链3安装于容器体1内的人孔盖4,该人孔盖4的外端装有穿过横梁7的螺栓5’,横梁4担在补强管2外,在借助螺母6固紧。

此类人孔结构不仅因为人孔盖沉重而启、闭操作困难。由于主要通过钣金焊接工艺制成，制造误差比机械加工的误差大得多，因此常采用诸如双关节铰链之类的连接结构，完全不能自动定心，结果无论安装还是闭合内置人孔时的移位对中、拧紧均十分困难，常常需要借助大型工具砸敲给扳手加力，在易燃易爆等场合留下事故隐患。其次，内置人孔属于内压自紧式密封结构，传统结构的中部外拉固紧与工作时的内部高压容易引起人孔盖产生外凸变形趋势，难以保证其周边的自紧密封。另外，长期高压使得一段时间后密封面产生粘连，因此打开人孔盖以及更换密封件非常麻烦。以上操作必须有经验的师傅方能完成。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，通过结构改进，提出一种便于安装以及启闭操作、并且密封可靠的内置高压人孔装置，同时给出其启、闭操作方法，从而为高压设备长期安全、可靠、稳定工作提供保障。

为了达到上述目的，本发明内置高压人孔装置的基本技术方案为：包括嵌装并密封焊接于容器体的人孔补强管以及内端通过铰链安装于容器体内的人孔盖,所述人孔补强管的外端面具有中心定位凹陷，所述定位凹陷内嵌装固定盘并通过固定盘外周圈的紧定螺栓固定，所述固定盘的内周圈具有均布的螺栓孔，所述螺栓孔中穿装内端与人孔盖连接、外端具有固紧螺母的拉紧螺杆；所述人孔补强管的内周固定人孔盖引导定心结构，且邻近铰链位置具有至少一个开启顶杆螺纹孔；所述固定盘的内周偏离铰链位置具有至少一个关闭拉杆螺纹孔，所述人孔盖对应位置具有牵拉生根件，所述关闭拉杆的内端与牵拉生根件之间通过牵拉索连接。

本发明的启闭操作按如下步骤进行：

开启步骤一、松开固定盘内周圈的拉紧螺杆外端的固紧螺母，并拆下拉紧螺杆；

开启步骤二、将开启顶杆1旋进固定盘的开启顶杆螺纹孔，直至其内端接触人孔盖；

开启步骤三、加力旋拧开启顶杆，借助旋进螺旋作用力顶开人孔盖，之后拆去开启顶杆；

闭合步骤一、将关闭拉杆旋进固定盘的关闭拉杆螺纹孔，并将牵拉生根件固定在人孔盖上，两者之间用牵拉索拉住连接；

闭合步骤二、反向旋拧关闭拉杆，借助旋退螺旋作用力拉拽人孔盖，使之进入引导定心结构；

闭合步骤三、将拉紧螺杆穿入固定盘内周圈相应的孔中，内端旋入人孔盖对应的螺孔固定，外端借助固紧螺母逐渐拉紧人孔盖，使其可靠闭合；

闭合步骤四、从固定盘中卸下牵拉生根件，再拆下拉紧螺杆。

本发明通过结构改进，在保证同样拉紧作用力的前提下，由于以周圈分布的较多小规格螺栓代替中部的大规格螺栓，使人孔盖的启闭方便安全；彻底避免了外凸变形对密封的不利影响。同时，固定盘与开启顶杆、关闭拉杆以及引导定心结构的有机结合，使得人孔盖的开启、闭合难题得到了彻底解决。

本发明进一步的完善是，所述人孔补强管2的内圆表面对应位置具有辅助支撑件安装孔，所述辅助支撑件上具有与开启顶杆成动配合的穿孔。

本发明更进一步的完善是，当所述人孔盖具有水平轴线，所述引导定心结构为位于人孔盖下方的径向定位块12，所述径向定位块的上表面固定二根对称的定位筋11，二根定位筋切接与人孔补强管同心的人孔盖关闭圆。当所述人孔盖具有垂向轴线，所述引导定心结构为三个周向间隔分布带引导倒角的轴向定位块18，三个轴向定位块确定与人孔补强管同心的人孔盖关闭圆。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是图1的C-C旋转剖视的打开状态结构示意图。

图3是图1的E-E剖视的关闭状态结构示意图。

图4是图2的A处局部放大结构示意图。

图5是图3的D处局部放大结构示意图。

图6是本发明实施例二的结构示意图。

图7是现有技术的内置人孔结构示意图。

图8是图7的B向放大视图。

具体实施方式

实施例一

本实施案例的内置高压人孔装置主要结构如图1、图2和图3所示，人孔补强管2嵌装并密封焊接于卧式容器体1半球形端头中央，具有水平轴线的人孔盖4的内端通过双关节的铰链3安装于容器体1内。人孔补强管2的外端面具有中心定位凹陷，该定位凹陷内嵌装固定盘8并通过固定盘8外周圈的四颗紧定螺栓14固定。固定盘8的内周圈具有均布的十六个螺栓孔，螺栓孔中穿装内端与人孔盖4螺纹连接、外端具有固紧螺母的拉紧螺杆5。

将现有技术的四个M42X3大螺栓用十六个M16X1.5拉紧螺杆取代经过以下严格的设计计算，切实可行：

螺栓的载荷F1与螺栓的截面直径d1的平方和螺杆材料的许用应力[σ]成正比，如式1

式1

拧紧力矩M_A和螺栓直径成三次方关系,螺栓的载荷F₁（二次方关系）乘以（螺纹副的摩擦力臂式2大括号左侧与螺母与横梁摩擦力臂式2大括号右侧之和）三次方关系，下式中d2为螺栓中径，μ为摩擦系数取0.2、β螺纹升角、d3为螺母与横梁摩擦力臂如公式2

式2

把四个M42X3大螺杆的许用应力带入公式1和公式2，得到M42X3大螺栓的拉伸力为226822N,四个螺栓的总拉伸力为4*226822N，拧紧单个大螺栓需要扭矩为2205Nm。

根据力的矢量叠加原理，把四个大螺杆产生的螺杆拉力4*226822N分到十六个M16X1.5的小螺栓上，得到小螺杆的载荷为56705N,带入式2算得拧紧小螺杆只需要211Nm。因此计算可知，采用多个小直径螺栓可以大大降低拧紧过程中的螺纹副与相邻件的摩擦力矩，将拧紧所做的功大部分用于产生轴向预紧拉力，而螺纹副及螺母与固定盘之间的摩擦力矩较显著减少。实验证明，本实施例根据力叠加原理用周边均布的十六个小螺杆代替原来居中布置四个大螺杆、以固定盘代替两根型钢，不仅人孔组件的重量下降10%，而且拧紧扭矩为211Nm，仅是拧紧大螺杆的10%，大大方便了拧紧操作、有效减小了人孔盖在内压作用下变形对预紧力和密封比压的影响，并且可以用铜扳手在易燃易爆场合下拧紧作业，确保了安全。

人孔补强管2的内周固定人孔盖4引导定心结构，且邻近铰链3位置具有一个开启顶杆13螺纹孔，如图2所示，用于开启人孔盖4时安装开启顶杆13（参见图1），并且人孔补强管2的内圆表面对应位置具有辅助支撑件13-1安装螺纹孔，用于拧入上端具有穿孔的辅助支撑件13-1，该辅助支撑件13-1上端的穿孔与开启顶杆13成动配合，可以起到避免开启顶杆13悬伸段顶开人孔盖4时受力过大产生弯曲。

引导定心结构具体为位于人孔盖下方的径向定位块12，参见图4可见，该径向定位块12的上表面焊接固定二根对称定位筋11，二根定位筋11切接与人孔补强管同心的人孔盖关闭圆，因此定位盖4关闭时，其圆周的下部与两定位筋11切接，被引导到与人孔补强管2同心的位置。

如图3所示，固定盘8的内周偏离铰链位置具有一个关闭拉杆15螺纹孔（参见图1），人孔盖4对应位置具有牵拉生根件16，本实施例的牵拉生根件16为外端带球铰头的螺栓。关闭拉杆15的内端也具有球铰头，与牵拉生根件16之间通过牵拉索17相互连系。这样可以避免牵拉索在关闭操作过程中的扭曲。

此外，本实施例的密封结构如图5所示，人孔盖4的外端堆焊不锈钢形成带定位倒角和对外台阶的周圈金属层4-1，人孔补强管2的内端的也堆焊不锈钢，形成带就位倒角和对内台阶的周圈防腐层2-1。人孔盖4的对外台阶处套有金属密封衬圈19，该金属密封衬圈19的外周形成倒锥，人孔盖4的对外台阶与倒锥处安装O形密封圈10。关闭人孔盖时，该密封圈10挤压在人孔盖4的对外台阶、金属密封衬圈19的倒锥以及人孔补强管2的对内台阶处，形成可靠的双重密封。其中O形密封圈可以保证低压时形成初始密封，金属密封衬圈则保证了容器内部高压状态的密封。

本实施例的启闭操作按如下步骤进行：

开启步骤一、松开固定盘8内周圈的拉紧螺杆5外端的固紧螺母，并拆下拉紧螺杆5；

开启步骤二、将辅助支撑件13-1拧入人孔补强管2内圆表面的安装螺纹孔，再将开启顶杆13旋进固定盘的开启顶杆螺纹孔并穿过辅助支撑件13-1的穿孔，直至其内端接触人孔盖；

开启步骤三、加力旋拧开启顶杆13，借助旋进螺旋作用力顶开人孔盖，之后拆去开启顶杆13和辅助支撑件13-1；

闭合步骤一、将关闭拉杆15旋进固定盘的关闭拉杆螺纹孔，并将牵拉生根件16固定在人孔盖4上，两者的球铰头之间用牵拉索17拉住连接；

闭合步骤二、反向旋拧关闭拉杆15，借助旋退螺旋作用力通过牵拉缩17以及牵拉生根件16拉拽人孔盖4，使之进入引导定心结构，即其圆周的下部与两定位筋11相切接触；

闭合步骤三、将拉紧螺杆5穿入固定盘8内周圈相应的孔中，内端旋入人孔盖对应的螺孔固定，外端借助固紧螺母逐渐拉紧人孔盖，使其可靠闭合；

闭合步骤四、从固定盘8中卸下牵拉生根件16，再拆下拉紧螺杆5。

由此可见，本实施例通过结构改进，不仅用分布在固定盘外周圈的的拉紧螺杆取代原先中部横梁上的螺栓，从而在保证同样拉紧作用力的前提下，可以较多的小规格拉紧螺杆（M16）代替大规格螺栓（M 42），使操作时借助常规扳手即可，无需大型工具砸敲，方便安全；而且拉紧作用力由人孔盖中部转移到周圈，彻底避免了外凸变形对密封的不利影响。同时，与固定盘相结合的开启顶杆、关闭拉杆以及引导定心结构，使得人孔盖的开启、闭合难题得到了彻底解决。

实施例二

本实施案例的内置高压人孔装置如图6所示，与实施例一不同之处是，容器体1为立式，半球形端头中央具有垂向轴线的人孔盖4，引导定心结构为对应人孔盖关闭圆周的三个间隔分布带引导倒角的轴向定位块18。由于人孔盖4的自重作用有助于开启，因此有时无需借助开启顶杆即可打开。

实践表明，上述实施例内置高压人孔装置的人孔盖分散拧紧、自动对中定心，借助开启顶杆和关闭拉杆，实现了单人即可完成启、闭作业，显著降低了现场施工的强度，大大方便了高压容器的维护。并且，金属密封衬圈结合O形密封圈的双重密封结构不仅密封可靠，而且可以避免O形密封圈脱落、保持位置稳定，同时内外台阶面的结构方便了金属密封衬圈的拆卸，同时解决了传统用胶带固定导致的高压容器罐内遗留多余物的问题。

归纳起来，具有如下有益效果：

1）、单个零件的重量均可单人移动，人孔盖自动对中不仅操作省力，而且无需人为调整，实现了单人操作。

2）将中部大螺栓改为多个周圈边缘布置的小螺栓，不仅可以方便地用铜扳手手动拧紧，十分方便安全，而且即使内压引起人孔盖中部外凸也不会松弛，无需二次拧紧。

3）不仅O形圈保证了低压时形成初始密封，金属密封衬圈保证了高压密封，而且两者结合的防脱落结构等可以保证密封件的一次装配成功率。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种内置高压人孔装置，其特征是：包括嵌装并密封焊接于容器体（1）的人孔补强管（2）以及内端通过铰链（3）安装于容器体内的人孔盖（4）,所述人孔补强管的外端面具有中心定位凹陷，所述定位凹陷内嵌装固定盘（8）并通过固定盘外周圈的紧定螺栓（14）固定，所述固定盘的内周圈具有均布的螺栓孔，所述螺栓孔中穿装内端与人孔盖连接、外端具有固紧螺母的拉紧螺杆（5）；所述人孔补强管的内周固定人孔盖引导定心结构，且邻近铰链位置具有至少一个开启顶杆（13）螺纹孔；所述固定盘的内周偏离铰链位置具有至少一个关闭拉杆（15）螺纹孔，所述人孔盖对应位置具有牵拉生根件（16），所述关闭拉杆的内端与牵拉生根件之间通过牵拉索（17）连接。

2.根据权利要求1所述的内置高压人孔装置，其特征是：所述人孔盖的外端具有带定位倒角和对外台阶的不锈钢周圈金属层，所述人孔补强管的内端具有带就位倒角和对内台阶的不锈钢周圈防腐层。

3.根据权利要求2所述的内置高压人孔装置，其特征是：所述人孔盖的对外台阶处套有金属密封衬圈，所述金属密封衬圈的外周形成倒锥，所述人孔盖的对外台阶与倒锥处安装O形密封圈；关闭人孔盖时，所述密封圈挤压在人孔盖的对外台阶、金属密封衬圈的倒锥以及人孔补强管的对内台阶处形成密封。

4.根据权利要求3所述的内置高压人孔装置，其特征是：所述牵拉生根件为外端带球铰头的螺栓，所述关闭拉杆的内端也具有球铰头。

5.根据权利要求4所述的内置高压人孔装置，其特征是：所述人孔补强管的内圆表面对应开启顶杆的位置具有辅助支撑件安装螺纹孔，所述辅助支撑件上端具有与开启顶杆成动配合的穿孔。

6.根据权利要求1至4任一所述内置高压人孔装置的启、闭操作方法，其特征是包括如下步骤：

开启步骤一、松开固定盘内周圈的拉紧螺杆外端的固紧螺母，并拆下拉紧螺杆；

开启步骤二、将开启顶杆1旋进固定盘的开启顶杆螺纹孔，直至其内端接触人孔盖；

开启步骤三、加力旋拧开启顶杆，借助旋进螺旋作用力顶开人孔盖，之后拆去开启顶杆；

闭合步骤一、将关闭拉杆旋进固定盘的关闭拉杆螺纹孔，并将牵拉生根件固定在人孔盖上，两者之间用牵拉索拉住连接；

闭合步骤二、反向旋拧关闭拉杆，借助旋退螺旋作用力拉拽人孔盖，使之进入引导定心结构；

闭合步骤三、将拉紧螺杆穿入固定盘内周圈相应的孔中，内端旋入人孔盖对应的螺孔固定，外端借助固紧螺母逐渐拉紧人孔盖，使其可靠闭合；

闭合步骤四、从固定盘中卸下牵拉生根件，再拆下拉紧螺杆。

7.根据权利要求6所述内置高压人孔装置的启、闭操作方法，其特征是：所述人孔补强管的内圆表面对应开启顶杆的位置具有辅助支撑件安装螺纹孔，所述辅助支撑件上端具有与开启顶杆成动配合的穿孔；所述开启步骤二先将辅助支撑件拧入人孔补强管内圆表面的安装螺纹孔，再将开启顶杆旋进固定盘的开启顶杆螺纹孔并穿过辅助支撑件的穿孔，直至其内端接触人孔盖。