本發(fā)明屬于壓力容器設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

壓力容器的設(shè)計(jì)中對于設(shè)計(jì)壓力不高于35mpa的壓力容器推薦選用的密封結(jié)構(gòu)有金屬平墊密封、雙錐環(huán)密封、伍德密封、卡扎里密封、卡箍快開式密封等型式。高壓容器的設(shè)計(jì)中推薦快開類密封結(jié)構(gòu)為無螺栓聯(lián)接型式，包含卡箍聯(lián)接、抗剪螺栓聯(lián)接、抗剪銷聯(lián)接及抗剪環(huán)聯(lián)接等型式。

近年來壓力容器的發(fā)展不斷走向高參數(shù)化,選用抗剪聯(lián)接的密封結(jié)構(gòu)在壓力作用下抗剪部件易發(fā)生咬死，不易拆卸，運(yùn)行效率低。而該部位材料厚度也因此而大大增加；材料的厚度越大對制造檢驗(yàn)要求就越高，安全性則越低，易造成安全隱患，且材料的利用率不高。

高壓容器的密封鎖緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往還需采用大直徑的螺栓或卡箍等大尺寸結(jié)構(gòu)。對于該大尺寸結(jié)構(gòu)的高壓容器在開啟或關(guān)閉時(shí)，由于設(shè)備的笨重?zé)o法進(jìn)行手工操作，必須采用液壓(機(jī)械)上緊機(jī)構(gòu)或旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等，進(jìn)而配套相應(yīng)的液壓(機(jī)械)系統(tǒng)等，大大增加了高壓容器的建造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)解決了高壓容器筒體端部與頂蓋聯(lián)接開關(guān)困難及壓力容器造價(jià)高、重量大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)，包括在壓力容器的筒體端部周向上開設(shè)的第一環(huán)狀凹槽以及在壓力容器的頂蓋周向上開設(shè)的第二環(huán)狀凹槽，所述頂蓋安裝在所述筒體端部上后所述第一環(huán)狀凹槽與第二環(huán)狀凹槽兩者槽口相對且形成橫截面為圓形的環(huán)狀通道，所述環(huán)狀通道內(nèi)填充有使得所述筒體端部與頂蓋實(shí)現(xiàn)鎖緊的抗剪鋼球。

進(jìn)一步的，所述頂蓋外周面與所述筒體端部內(nèi)壁面貼合，所述第一環(huán)狀凹槽截面為半圓形且位于筒體端部內(nèi)壁面，所述第二環(huán)狀凹槽截面為半圓形且位于頂蓋外周面，所述筒體端部內(nèi)壁面與頂蓋外周面之間開設(shè)有與所述環(huán)狀通道相通的進(jìn)球孔，所述筒體端部側(cè)面開設(shè)有與所述環(huán)狀通道連通的出球孔，所述抗剪鋼球的直徑與所述環(huán)狀通道的橫截面直徑基本吻合。

進(jìn)一步的，所述頂蓋內(nèi)側(cè)面固定有與所述筒體端部內(nèi)壁周向密封的自緊密封部件。

進(jìn)一步的，所述頂蓋與所述筒體端部上設(shè)有實(shí)現(xiàn)定位安裝的限位部件，所述限位部件包括位于所述頂蓋上的限位孔以及位于筒體端部上的定位銷栓，所述頂蓋安裝在筒體端部上時(shí)所述定位銷栓穿過所述限位孔。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)球孔朝向所述環(huán)狀通道傾斜設(shè)置，所述出球孔朝向筒體端部下方傾斜設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述筒體端部側(cè)面開設(shè)有多個(gè)間隔布置且與所述環(huán)狀通道相通的抗剪鋼球拆卸孔。

進(jìn)一步的，所述自緊密封部件包括固定在所述頂蓋內(nèi)側(cè)面上的密封面環(huán)，所述密封面環(huán)外周面安裝有與所述筒體端部內(nèi)壁面周向形成密封配合的o形密封圈以及彈簧密封圈。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明改變了以往密封鎖緊結(jié)構(gòu)采用的法蘭聯(lián)接、卡箍聯(lián)接、抗剪螺栓聯(lián)接、抗剪銷聯(lián)接及抗剪環(huán)聯(lián)接等鎖緊結(jié)構(gòu)型式，而采用了抗剪鋼球的型式進(jìn)行鎖緊，這為密封鎖緊提供了一種新的方式，本發(fā)明密封鎖緊結(jié)構(gòu)大大的降低了筒體端部及頂蓋的重量，降低了容器的造價(jià)，運(yùn)行安全性好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

(2)本發(fā)明所述抗剪鋼球及配套進(jìn)球孔、出球孔還解決了傳統(tǒng)高壓壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)的開啟困難問題，本發(fā)明使得壓力容器頂蓋易于被打開和關(guān)閉，降低了操作難度且經(jīng)濟(jì)性好，本發(fā)明摒棄了常用高壓容器設(shè)計(jì)需配套的液壓(或機(jī)械)輔助機(jī)構(gòu)等，運(yùn)行成本大幅降低。

所述進(jìn)球孔用于在頂蓋安裝在筒體端部上后向所述環(huán)狀通道內(nèi)填充抗剪鋼球，也可以用于頂蓋需要開啟時(shí)輔助將所述抗剪鋼球通過所述出球孔排出，本發(fā)明使得壓力容器的筒體端部與頂蓋易于被安裝鎖緊、固定和開啟。

(3)本發(fā)明所述自緊密封部件解決了在制造和設(shè)計(jì)上對于軸向位移密封問題，密封效果突出，確保了壓力容器運(yùn)行的安全性和可靠性。

(4)所述限位部件輔助將所述頂蓋按照設(shè)計(jì)安裝尺寸安裝到筒體端部上，確保頂蓋和自緊密封部件的順利安裝，避免頂蓋沿筒體端部周向轉(zhuǎn)動(dòng)或沿筒體端部徑向發(fā)生位置偏移，也能輔助頂蓋和自緊密封部件的順利拆除，保證反復(fù)安裝后所述自緊密封部件與筒體端部內(nèi)壁周向密封的可靠性和安全性。

(5)本發(fā)明壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)可以大大降低了筒體端部的壁厚，使得用于制造筒體端部的板材或鍛件的厚度限制問題得以緩解，對應(yīng)的在厚度一定的條件下使得壓力容器的高參數(shù)化得以實(shí)現(xiàn)。因此，從高壓容器的節(jié)約材料、便捷開閉、投資造價(jià)、安全可靠性等多方面來進(jìn)行考慮，本發(fā)明壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)均可以滿足上述要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為自緊密封部件結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記的含義如下：

1-筒體端部2-自緊密封部件3-抗剪鋼球4-頂蓋5-限位部件

6-進(jìn)球孔7-出球孔8-密封面環(huán)9-o形密封圈

10-彈簧密封圈11-托環(huán)a-環(huán)狀通道

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做出更為具體的說明：

本發(fā)明包括在壓力容器的筒體端部1周向上開設(shè)的第一環(huán)狀凹槽以及在壓力容器的頂蓋4周向上開設(shè)的第二環(huán)狀凹槽，所述頂蓋4安裝在所述筒體端部1上后所述第一環(huán)狀凹槽與第二環(huán)狀凹槽兩者槽口相對且形成橫截面為圓形的環(huán)狀通道a，所述環(huán)狀通道a內(nèi)填充有使得所述筒體端部1與頂蓋4實(shí)現(xiàn)鎖緊的抗剪鋼球3。本發(fā)明改變了以往密封鎖緊結(jié)構(gòu)采用的法蘭聯(lián)接、卡箍聯(lián)接、抗剪螺栓聯(lián)接、抗剪銷聯(lián)接及抗剪環(huán)聯(lián)接等鎖緊結(jié)構(gòu)型式，而采用了抗剪鋼球3的型式進(jìn)行鎖緊，這為容器的密封鎖緊提供了一種新的方式，本發(fā)明密封鎖緊結(jié)構(gòu)大大的降低了筒體端部1及頂蓋4的重量，降低了容器的造價(jià)，運(yùn)行安全性好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

所述頂蓋4外周面與所述筒體端部1端部內(nèi)壁面貼合，所述第一環(huán)狀凹槽截面為半圓形且位于筒體端部1內(nèi)壁面，所述第二環(huán)狀凹槽截面為半圓形且位于頂蓋4外周面，所述筒體端部1內(nèi)壁面與頂蓋4外周面之間開設(shè)有與所述環(huán)狀通道a相通的進(jìn)球孔6，所述筒體端部1側(cè)面開設(shè)有與所述環(huán)狀通道a連通的出球孔7，所述抗剪鋼球3的直徑與所述環(huán)狀通道a的橫截面直徑基本吻合。所述抗剪鋼球3的剪切剖面與所述筒體端部1的徑向垂直。所述進(jìn)球孔6朝向所述環(huán)狀通道a傾斜設(shè)置，所述出球孔7朝向筒體端部1側(cè)下方傾斜設(shè)置。

本發(fā)明所述抗剪鋼球3及配套進(jìn)球孔6、出球孔7還解決了傳統(tǒng)高壓壓力容器密封鎖緊結(jié)構(gòu)的開啟困難問題，本發(fā)明使得壓力容器頂蓋易于被打開和關(guān)閉，可以降低操作難度要求且經(jīng)濟(jì)性好，本發(fā)明摒棄了常用高壓容器設(shè)計(jì)需配套的液壓(或機(jī)械)輔助機(jī)構(gòu)等，運(yùn)行成本大幅降低。

所述進(jìn)球孔6用于在頂蓋4安裝在筒體端部1上后向所述環(huán)狀通道a內(nèi)填充抗剪鋼球3，也可以用于頂蓋4需要開啟時(shí)輔助將所述抗剪鋼球3通過所述出球孔7排出，本發(fā)明使得壓力容器的筒體端部1與頂蓋4易于被安裝鎖緊、固定。

所述頂蓋4與所述筒體端部1上設(shè)有實(shí)現(xiàn)定位安裝的限位部件5，所述限位部件5包括限位孔和定位銷栓，所述筒體端部1上設(shè)有定位銷栓，所述頂蓋4上設(shè)有限位孔。所述限位部件5輔助將所述頂蓋4按照設(shè)計(jì)安裝尺寸安裝到筒體端部1上，確保頂蓋4和自緊密封部件2的順利安裝，也能輔助頂蓋和自緊密封部件的順利拆除，避免頂蓋4沿筒體端部1周向轉(zhuǎn)動(dòng)或沿筒體端部1徑向發(fā)生位置偏移，保證反復(fù)安裝后所述自緊密封部件2與筒體端部1內(nèi)壁周向密封的可靠性和安全性。

所述頂蓋4內(nèi)側(cè)面固定有與所述筒體端部1內(nèi)壁周向密封的自緊密封部件2。所述自緊密封部件2包括固定在所述頂蓋4內(nèi)側(cè)面的密封面環(huán)8，所述密封面環(huán)8外周面的環(huán)狀密封槽內(nèi)安裝有與所述筒體端部1內(nèi)壁周向形成密封配合的o形密封圈9以及彈簧密封圈10。本發(fā)明所述自緊密封部件2解決了在制造和設(shè)計(jì)上對于軸向位移密封問題，密封效果突出，確保了壓力容器運(yùn)行的安全性和可靠性。

以下為本發(fā)明密封鎖緊結(jié)構(gòu)的安裝和拆除方法：

步驟1：通過限位部件5的輔助來將頂蓋4安裝到筒體端部1之中，確保頂蓋4和自緊密封部件2的順利安裝，保證密封的可靠和安全。

步驟2：頂蓋4與筒體端部1安裝完成后通過進(jìn)球孔6向筒體端部1和頂蓋4之間開設(shè)的環(huán)狀通道a內(nèi)填充抗剪鋼球3，要求填充鋼球3的數(shù)量不少于計(jì)算所需的數(shù)量，并保證均勻分布。填充完成后封閉進(jìn)球孔6，保證抗剪鋼球3的穩(wěn)定性和防止抗剪鋼球3在容器操作過程中的脫跳，到此完成了本密封鎖緊結(jié)構(gòu)的鎖緊，可進(jìn)行設(shè)備的下一步工作。

步驟3：設(shè)備運(yùn)行結(jié)束，在確保容器可以安全開啟后進(jìn)行本密封鎖緊結(jié)構(gòu)的開啟，打開出球孔7，可通過設(shè)置在筒體端部1上的拆卸孔、筒體端部1與頂蓋4之間的間隙或進(jìn)球孔等，通過鋼條輔助移動(dòng)抗剪鋼球3，使所有抗剪鋼球3移出環(huán)狀通道a，即通過所述鋼條撥動(dòng)位于環(huán)狀通道a內(nèi)的所述抗剪鋼球3，使得抗剪鋼球3從出球孔7滾出。

步驟4：所有抗剪鋼球3移出環(huán)狀通道a后，通過限位部件5輔助將頂蓋4從筒體端部1上移除，即完成了本密封鎖緊結(jié)構(gòu)的開啟。

本發(fā)明在實(shí)際使用和設(shè)計(jì)過程中也可以通過調(diào)整環(huán)狀通道的型式來實(shí)現(xiàn)抗剪鋼球3的自動(dòng)拆除，也可以通過改良限位部件5來更好的輔助頂蓋4和自緊密封部件2的安裝，還可以通過改良進(jìn)球孔6和出球孔7使得抗剪鋼球3的安裝和拆除更加便捷。

而在制造過程中也應(yīng)注意筒體端部1與頂蓋4和自緊密封部件2裝配面的制造公差及配合，通過對配合面的同心度、平整度、垂直度和粗糙度提出對應(yīng)要求，保證頂蓋4的順利安裝和密封的可靠性。還需通過調(diào)整筒體端部1與頂蓋4之間加工的環(huán)狀通道a的制造公差、通道處材料硬度及抗剪鋼球3的硬度，來保證抗剪鋼球3的順利拆除及筒體端部1與頂蓋4之間聯(lián)接的可靠性。

以下是關(guān)于所述密封鎖緊結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，主要用于確定選定的抗剪鋼球規(guī)格是否滿足設(shè)計(jì)使用要求，并進(jìn)一步確定所需的抗剪鋼球的數(shù)量，所述計(jì)算方法包括以下步驟：

s1、明確壓力容器設(shè)計(jì)參數(shù)和抗剪鋼球材料類型；

s2、根據(jù)力平衡原則，計(jì)算在工作壓力作用下所需的最小密封力f，計(jì)算公式如下：

式中p為壓力容器工作壓力，d為密封面直徑；所述密封面尺寸d指的是所述密封鎖緊結(jié)構(gòu)中密封面環(huán)8的外徑；

s3、通過步驟s2計(jì)算得到最小密封力f來計(jì)算得到抗剪鋼球中間剖面的平均剪應(yīng)力τ，計(jì)算公式如下：

式中n為抗剪鋼球個(gè)數(shù)，r為抗剪鋼球半徑；

s4、圓形環(huán)狀通道中心圓直徑l和抗剪鋼球半徑r之間關(guān)系如下：

πl(wèi)＝2nr，

s5、將步驟s4中的關(guān)系式代入步驟s3，可以得到如下公式：

s6、根據(jù)tsg21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，允許剪應(yīng)力應(yīng)滿足下列要求：

[τ]＝σs/n，

式中σs為抗剪鋼球材料的屈服應(yīng)力下降值，n取值為2.5～3.5；

s7、將步驟s5的計(jì)算結(jié)果和步驟s6的計(jì)算結(jié)果對比，如τ＜[τ]，則滿足使用要求，否則調(diào)整參數(shù)r再按照上述步驟重新計(jì)算；

s8、所述步驟s7的計(jì)算結(jié)果滿足τ＜[τ]后，利用步驟s4的關(guān)系式計(jì)算抗剪鋼球的數(shù)目，計(jì)算公式如下：

對計(jì)算結(jié)果取整數(shù)即為所需的抗剪鋼球的數(shù)目；

s9、完成計(jì)算。

所述計(jì)算方法確定了壓力容器設(shè)計(jì)壓力p、密封面尺寸d、圓形環(huán)狀通道中心圓直徑l、與抗剪鋼球半徑r之間的關(guān)系，所述計(jì)算方法對上述新型壓力容器的密封鎖緊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件抗剪鋼球進(jìn)行了計(jì)算，保證了在設(shè)計(jì)壓力條件作用下，抗剪鋼球滿足設(shè)計(jì)使用要求，為此種密封鎖緊結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推廣提供了理論計(jì)算依據(jù)。所述計(jì)算方法用于計(jì)算在壓力容器設(shè)計(jì)壓力作用下，抗剪鋼球剖面所承受的最大剪切應(yīng)力，使得剪切應(yīng)力小于抗剪鋼球材料的允許剪應(yīng)力，保證抗剪鋼球在高壓作用下不會(huì)被剪切破裂，并選擇合適的鋼球數(shù)目。所述計(jì)算方法使得壓力容器運(yùn)行穩(wěn)定、安全，并滿足使用要求。另外所述計(jì)算方法確定了抗剪鋼球的失效判定依據(jù)以及抗剪鋼球數(shù)目選定的公式，還提供了允許剪應(yīng)力的選取依據(jù)。