[实用新型]一种高温高压连接用金属密封结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种密封结构，尤其是高温高压连接用密封结构，更具体地说涉及一种可用于高温高压且温度压力均有波动的压力容器或其它过程设备的金属密封连接结构。

背景技术

垫片是影响连接密封性能的关键元件。随着压力容器和管道向高温、高压及大型化方向发展，对高温高压密封提出了更高的要求。就高温高压密封元件而言，目前使用的主要有金属平垫密封、双锥环密封、C型环密封、金属O形环密封、八角垫密封以及透镜垫密封等。国内外许多单位和技术团体纷纷开展了金属垫片密封研究。

理论研究方面，在国外，Kollmann依据虎克定律，对金属平垫在高压工况下的弹、塑性应力应变进行了分析，发现在高压下，金属平垫发生显著的弹性变形且影响其密封性能，得到了相应的应力应变公式。应力应变公式的建立为金属平垫设计提供了理论依据。Thomas采用G-W和M-R弹性接触模型研究了表面粗糙度对金属密封表面变形的影响，研究表明表面形貌对金属密封性能影响很大，在相同的密封程度下，使密封面的接触区产生弹性变形所需要的接触力不一定小于产生塑性变形所需要的接触力，接触表面越粗糙这种情况越明显。Korndorf详述了双锥环密封的计算方法，在此方法中考虑了具有摩擦力的双锥环因内压载荷所产生的附加螺栓力，但忽略了由预紧力所产生的双锥环应力。Bertsch等推导出了双锥环的螺栓力及密封比压和内压的关系式，从而能够较准确地计算双锥环的有效密封力。

在国内，兰州石油化工机器厂二分厂技术组依据双锥环密封连接的变形协调条件，用解析方法描述双锥环密封结构升压和降压的工作过程，提出了各个工作阶段的螺栓力和密封力与压力载荷的解析关系，并试图以简化的力学图解加以直观说明。巢建伟从理论上分析了超出标准范围的高压和大直径八角垫的受力情况，给出了预紧和操作状况下螺栓载荷的计算公式，此公式中螺栓载荷的计算不是以m、y值为基础，而是与预紧比压、操作压力、螺栓和八角垫的材料尺寸、摩擦角有关，并提出了设计使用八角垫时的注意事项。梁乃章分析了目前国内采用的透镜垫连接系统螺栓载荷计算公式中存在的问题，着重探讨了摩擦力、介质种类及工作压力对螺栓载荷的影响，并提出了初步的改进意见。冯秀和顾伯勤通过对不同压应力下的金属垫片密封表面轮廓曲线进行测量，依据分形几何理论研究了金属垫片密封表面形貌的分形特征，采用结构函数法计算表面轮廓的分形维数、尺度系数和特征尺度系数，探讨了压应力对分形参数的影响，并依据分形几何理论，结合不可压缩粘性流体层流流动理论，建立基于分形参数的金属垫片泄漏模型，该模型揭示了泄漏率与密封表面形貌之间的关系。

实验研究方面，在国外，Buchter对金属垫片密封进行了一系列的试验研究发现，使金属密封面的接触区产生弹性变形的接触力不能够形成耐高压的紧密密封，只有在密封接触力使接触面产生永久变形时，才能够形成密封，且密封接触力是垫片材料屈服强度的两倍。高压密封连接的密封元件不需要很高的表面光洁度。Bazergui对椭圆垫进行了试验研究，结果发现随着垫片应力的增加，泄漏率降低速度很快，而达到某一垫片应力后，泄漏率随垫片应力变化很小。Matsuzaki Yoshil等利用薄的聚碳酸酯软片观察了金属平垫接触状态。