本發明公開了一種壓力容器密封鎖緊結構的計算方法。本方法首先根據力平衡原則得到壓力作用下密封鎖緊結構所需的最小密封力的計算公式；得到抗剪鋼球中間剖面的平均剪應力表達式；再根據圓環狀通道中心圓直徑L和抗剪鋼球半徑r的關系，得到密封鎖緊結構所需的平均剪應力表達式，并計算得到平均剪應力；將平均剪應力與抗剪鋼球材料的允許剪應力進行比較，如平均剪應力小于允許剪應力則設計滿足要求，并確定抗剪鋼球數目。本發明給出了抗剪鋼球剪應力判斷依據及數目確定方法，為密封鎖緊結構的設計提供了參考，并給出了各參數之間的關系，為新型密封鎖緊結構的優化設計提供了重要依據。

技術領域

本發明屬于壓力容器設計領域，具體是涉及一種壓力容器密封鎖緊結構的計算方法。

背景技術

GB150.1～150.4-2011《壓力容器》中設計壓力不高于35MPa的壓力容器推薦選用的密封結構有金屬平墊密封、雙錐環密封、伍德密封、卡扎里密封、卡箍快開式密封等型式。《高壓容器設計》中推薦快開類高壓容器密封結構選用無螺栓聯接型式，包含卡箍聯接、抗剪螺栓聯接、抗剪銷聯接及抗剪環聯接。近年來壓力容器的發展不斷走向高參數化,選用抗剪聯接的密封結構在壓力作用下抗剪部件易發生咬死，不易拆卸，運行效率低；選用卡箍和其他法蘭聯接的鎖緊結構采用大型鍛件加工，制造難度大，成本高。針對上述結構的問題，技術人員設計了一種新型的壓力容器密封鎖緊結構，如圖1、2所示，該密封鎖緊結構包括在壓力容器的筒體端部1內壁面周向上開設的第一環狀凹槽以及在壓力容器的頂蓋4外周面上開設的第二環狀凹槽，所述頂蓋4安裝在所述筒體端部1上后所述頂蓋4外周面與所述筒體端部1內壁面貼合，所述第一環狀凹槽與第二環狀凹槽兩者槽口相對且形成截面為圓形的環狀通道A，所述環狀通道A內填充有使得所述筒體端部1與頂蓋4實現鎖緊的抗剪鋼球3，所述筒體端部1上開設有與所述環狀通道相通的進球孔6以及出球孔7。所述密封鎖緊結構通過抗剪鋼球實現壓力容器筒體端部與頂蓋的安裝鎖緊，改變了以往密封鎖緊結構采用的法蘭聯接、卡箍聯接、抗剪螺栓聯接、抗剪銷聯接及抗剪環聯接等鎖緊結構型式，所述密封鎖緊結構大大的降低了筒體端部及頂蓋的重量，降低了容器的造價，運行安全性好，經濟效益顯著。所述抗剪鋼球是所述密封鎖緊結構的關鍵部件，那么在安裝、使用前，如何對所述抗剪鋼球建立相應的失效判定依據以及如何確定抗剪鋼球數目就顯得尤為重要。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種壓力容器密封鎖緊結構的計算方法。該方法提供了抗剪鋼球的失效判斷依據及數目確定方法，為相應密封鎖緊結構的應用推廣提供了理論計算依據。

為了實現本發明的目的，本發明采用了以下技術方案：

一種壓力容器密封鎖緊結構的計算方法，包括以下步驟：

S1、明確壓力容器設計參數和抗剪鋼球材料；

S2、根據力平衡原則，計算在壓力容器設計壓力作用下所需的最小密封力F，計算公式如下：

式中P為壓力容器設計壓力，D為密封面直徑；

S3、通過步驟S2計算得到最小密封力F來計算得到抗剪鋼球中間剖面的平均剪應力τ，計算公式如下：

式中N為抗剪鋼球個數，r為抗剪鋼球半徑；

S4、圓形環狀通道中心圓直徑L和抗剪鋼球半徑r之間關系如下：

πL＝2Nr，

S5、將步驟S4中的關系式代入步驟S3，可以得到如下公式：

S6、根據TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》要求，所述抗剪鋼球材料的允許剪應力應滿足下列要求：

[τ]＝σ_s/n，