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        超高壓試驗(yàn)裝置的應(yīng)力分布和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2017-03-06 00:37:21牛菲沈陽航天新光集團(tuán)有限公司遼寧沈陽110801
        化工管理 2017年33期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)分析

        牛菲(沈陽航天新光集團(tuán)有限公司,遼寧沈陽110801)

        超高壓試驗(yàn)裝置的應(yīng)力分布和密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        牛菲(沈陽航天新光集團(tuán)有限公司,遼寧沈陽110801)

        本文簡述了超高壓試驗(yàn)裝置的主要結(jié)構(gòu)組成,分析了超高壓試驗(yàn)裝置在生產(chǎn)中存在以下幾個(gè)問題。針對(duì)現(xiàn)階段存在的相關(guān)問題提出了新的解決辦法,即:采用自增強(qiáng)處理和縮套裝置相結(jié)合的方法。同時(shí)提供了超高壓試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)方法,并給出了相關(guān)計(jì)算,得出了該方案的可行性,解決了現(xiàn)有技術(shù)中難點(diǎn)問題。

        超高壓容器;密封結(jié)構(gòu)

        1 超高壓試驗(yàn)裝置的特征分析

        (1)超高壓試驗(yàn)裝置方案針對(duì)其研究重點(diǎn)主要從兩個(gè)方面進(jìn)行制定。

        超高壓試驗(yàn)裝置的應(yīng)力分布具有如下特點(diǎn):首先裝置所受的周向應(yīng)力為其承受的三個(gè)應(yīng)力中最大的一個(gè),而內(nèi)壁應(yīng)力又是周向應(yīng)力分布中最大的,此外應(yīng)力沿裝置壁厚分布很不均勻,隨著內(nèi)徑的增大,不均勻程度變得更為嚴(yán)重。針對(duì)以上問題,超高壓試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)該是改變其結(jié)構(gòu)形式,從而改變應(yīng)力分布;而不是單純的增加材料的厚度和強(qiáng)度。

        (2)超高壓試驗(yàn)裝置的另一個(gè)重要組成部分是密封機(jī)構(gòu)。密封的合理性直接決定試驗(yàn)裝置能否正常運(yùn)行。密封機(jī)構(gòu)主要研究以下三點(diǎn):①.大直徑密封;②.提高使用安全可靠性的密封機(jī)理;③.在震動(dòng)、變載荷以及高壓等極端條件下使用的密封結(jié)構(gòu)。目前,密封結(jié)構(gòu)的主要研究方向是:根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù),包括裝置直徑、壓力、溫度、材料匹配、制造和維修能力進(jìn)行合理選擇。

        本文在裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了創(chuàng)新。本課題采用了預(yù)應(yīng)力法來改善裝置的應(yīng)力分布,提高圓筒的承載能力。通常采用縮套裝置和自增強(qiáng)處理兩類辦法來使厚壁圓筒產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。本文采用自增強(qiáng)處理和縮套裝置相結(jié)合的方法,通過確定徑向幾何尺寸,確定自增強(qiáng)條件和初始屈服壓力以及最佳彈塑性界面的半徑,進(jìn)而求出最佳自增強(qiáng)壓力,同時(shí)分析了雙層縮套裝置的應(yīng)力計(jì)算條件,討論最佳化設(shè)計(jì)條件,得到最大過盈量的計(jì)算公式。

        艙門和密封機(jī)構(gòu):超高壓試驗(yàn)裝置艙門的選擇需改善裝置端部的應(yīng)力分布,增加裝置端部強(qiáng)度。由于超高壓裝置軸向載荷很大、高壓密封較復(fù)雜性,我們對(duì)受力模型分析并對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行確定采取用了新型的密封機(jī)構(gòu)。

        2 具體實(shí)施方式及實(shí)例計(jì)算

        本文結(jié)合具體實(shí)施例,做了一下分析計(jì)算。

        例:已知條件為:工作內(nèi)壓pi=160MPa,材料3Cr13屈服極限δs=835MPa,強(qiáng)度極限δb=980MPa,彈性模量E=2.06×105MPa,超高壓裝置內(nèi)徑(半徑)ri=23/2=11.5mm.

        估算徑比k值,確定超高壓裝置的尺寸

        取爆破安全系數(shù)nb=2.5

        則爆破壓力為PB=nbp1

        由Faupel-Furbe公式

        得lnk=0.3613

        所以k=e0.8583=1.435

        由于超高壓裝置內(nèi)徑(半徑)為ri=15mmm

        將城市綠化工作正式納入法制管理中的是在1992年5月通過的《城市綠化條例》,它是新中國成立以來第一個(gè)有關(guān)城市綠化的法規(guī)。同年,建設(shè)部發(fā)布了CJJ 48—1992《公園設(shè)計(jì)規(guī)范》,確保公園能夠全面發(fā)揮游憩和改善環(huán)境的功能,同年又開展了“創(chuàng)建‘園林城市’”的工作,以此帶動(dòng)各地風(fēng)景園林建設(shè)水平的提升。1995年,建設(shè)部印發(fā)了《城市園林綠化企業(yè)資質(zhì)管理辦法》和《城市園林綠化企業(yè)資質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》,將園林綠化企業(yè)從建工企業(yè)中分離以來,各地相關(guān)部門也開始城市園林立法工作,地方性行政法規(guī)與行業(yè)規(guī)范進(jìn)入完善期。

        則超高壓裝置外徑為r0=kri=2152.5

        因此,超高壓裝置的內(nèi)外徑(直徑)分別為:

        內(nèi)徑(直徑):Di=3000mm

        外徑(直徑):Do=4305mm

        下一步確定自增強(qiáng)條件和初始屈服壓力以及最佳彈塑性界面半徑

        由于超高壓裝置在工作過程中,高壓液體的溫度最高不超過200℃,因此高壓鋼材料的彈性模量變化不大,可以近似認(rèn)為彈性模量保持不變。

        A=2ln(rc/ri)=0.331

        B=eA=1.39

        所以,可得最佳自增強(qiáng)壓力

        PA=δs(1+A-B/k2)=316MPa

        △P=PA=316MPa<Pf=348MPa;△P>Ps

        所以,該超高壓裝置自增強(qiáng)后不會(huì)出現(xiàn)反屈服現(xiàn)象,方案可行。

        超高壓分體式齒嚙快速啟動(dòng)密封裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器相關(guān)的開啟與關(guān)閉的工作原理詳見相關(guān)文獻(xiàn),本文不在贅述。

        本文針對(duì)超高壓試驗(yàn)裝置在筒體應(yīng)力不均勻的問題上進(jìn)行分析,并列舉實(shí)例做了自增強(qiáng)實(shí)例的計(jì)算分析,在密封結(jié)構(gòu)上提出了新型密封結(jié)構(gòu)并做了詳細(xì)說明。本文通過列舉實(shí)例說明采用自增強(qiáng)處理和縮套裝置相結(jié)合的方法在現(xiàn)實(shí)工作當(dāng)中的可行性。

        [1]鐘思勝,賈永剛,ZHANG Weixian,CAO Jashen.海產(chǎn)品安全性及對(duì)策討論.海洋開發(fā)與管理,2005,(6):9~13

        [2]JIS B8284-1993《壓力容器快速開關(guān)蓋裝置》

        [3]張永,《超高壓海產(chǎn)品加工容器快速啟閉密封裝置研究》,2006.05.01

        [4]張于賢,《超高壓容器中的自增強(qiáng)理論的研究及應(yīng)用》,2005.10.20

        [5]馬歆,《自保護(hù)快速啟閉式超高壓海產(chǎn)品加工容器關(guān)鍵技術(shù)研究》,2006.08.01

        [6]馬麗娟,《超高壓容器損傷自增強(qiáng)的應(yīng)力分析》,2008.03.29

        [7]王戰(zhàn)軍《超高壓反應(yīng)器管疲勞性能分析及自增強(qiáng)》2003.02.20

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