高壓容器人孔內(nèi)密封結(jié)構(gòu)研究

邱佳月

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六一大隊(duì)，江西 鷹潭 335000）

近年來隨著工業(yè)生產(chǎn)力水平不斷提升，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，越來越多的壓力容器引入工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，大大提高了生產(chǎn)效能。作為一種能夠承受壓力的密閉容器，壓力容器目前在工業(yè)、民用、軍工以及科研等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，且日漸發(fā)揮著不可替代的作用。當(dāng)壓力容器承受壓力超過10MPa時(shí)，為了確保容器日常穩(wěn)定運(yùn)行，便于日常檢修和制造，通常需要在設(shè)備不同位置配置大小不一的人孔，在高壓容器中設(shè)置人孔裝置，通常需要應(yīng)用自緊式內(nèi)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，從而確保應(yīng)有的性能，但是在使用過程中依然暴露出一些問題，需要選擇匹配的人孔內(nèi)密封結(jié)構(gòu)，才能有效降低事故發(fā)生率，提高密封安全性和可靠性。加強(qiáng)高壓容器人孔內(nèi)密封結(jié)構(gòu)研究探索，具有重要的研究意義。

1 高壓容器人孔內(nèi)密封結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分析

在高壓容器設(shè)備上配置多樣化的人孔，對(duì)人孔進(jìn)行自緊式內(nèi)密封，通過配置相應(yīng)的上緊螺栓、螺母以及固定裝置、人孔平蓋、人孔接管口等，從而確保密封效果有效發(fā)揮。

2 問題及具體處理分析

為確保液壓試驗(yàn)順利完成，需要找出存在的具體問題，并采取有效的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。下面以高壓密封DN450的人孔內(nèi)密封結(jié)構(gòu)為例，測(cè)算分析設(shè)備臨界壓力值與金屬平墊片密封效果的最佳融合性。

按照金屬墊人孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體情況，當(dāng)內(nèi)壓力值超過4.46MPa時(shí)會(huì)降低氣密性，需要控制內(nèi)壓力值，確保高壓容器在運(yùn)行過程中最大限度減少氣體泄漏等情況，更好地起到內(nèi)部良好密封性的作用。需要解決的問題時(shí)高壓容器內(nèi)部壓力值偏低，液壓試驗(yàn)階段試驗(yàn)液體泄露、內(nèi)部介質(zhì)泄露的情形。分別對(duì)內(nèi)密封進(jìn)行徑向改進(jìn)，從而尋求不同方案的優(yōu)劣，確定最佳改進(jìn)結(jié)構(gòu)方案。

（1）通過在泄漏通道部位添加密封元件的方式來解決泄露問題。通過這種方式，在人孔平蓋安裝金屬密封墊片之前，通過事先在平蓋徑向位置配置匹配的O形橡膠圈構(gòu)造的矩形溝槽，這樣可以通過O形橡膠圈預(yù)壓縮量，進(jìn)而在低壓狀態(tài)下保持密封效果。引入O形橡膠圈是為了解決壓力較小造成的氣體泄漏問題，如果內(nèi)部壓力值不斷升高，為了避免O形橡膠圈被擠出，影響密封效果，需要探究橡膠硬度、溝槽間隙、壓力值變化之間的聯(lián)系，從而繪制相應(yīng)的曲線圖，更好地尋求最佳設(shè)置參數(shù)。進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)分析，利用相應(yīng)的參數(shù)規(guī)范要求進(jìn)行配置，開展密封試驗(yàn)，最終確定壓力值、O形橡膠圈邵氏硬度、密封間隙直徑方向最佳區(qū)間各項(xiàng)參數(shù)分別為 4 MPa、70、0.35 mm（0.15～0.40 mm）。雖然可以實(shí)現(xiàn)在低壓狀態(tài)下的密封效果，但是該方案中如果人孔平臺(tái)、接管端之間的間距過小，會(huì)增加安裝難度。

（2）通過在泄漏通道部位添加O形橡膠圈結(jié)構(gòu)的密封元件并設(shè)計(jì)配合錐面的方式來解決泄露問題。為了有效降低上述方案的安裝難度，進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，即在人孔平蓋處與接管端部安裝O形橡膠圈位置設(shè)計(jì)相應(yīng)的錐面，這樣既可以增加裝配空間，也降低了裝配難度，當(dāng)兩個(gè)錐面互相配合時(shí)，會(huì)進(jìn)一步促使O形橡膠圈處的密封間隙在擠壓作用下變得越來越小，從而起到良好的密封作用。

（3）通過在金屬平墊外部配置匹配的O形橡膠圈等方式來解決泄露問題。按照上述方案的設(shè)計(jì)原理，也可以通過在金屬平墊外部配置匹配的O形橡膠圈，控制設(shè)計(jì)厚度（通常要比金屬平墊片厚度高出1～2 mm），并考慮O形橡膠圈變形情況等因素來進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。這樣可以最大限度降低人孔平蓋、接管端部受到O形橡膠圈的影響，又可以降低操作難度。當(dāng)然需要嚴(yán)格按照規(guī)范操作進(jìn)行逐步安裝和配置，避免發(fā)生貼合不到位現(xiàn)象。

（4）通過設(shè)計(jì)橢圓人孔結(jié)構(gòu)的方式來解決泄露問題。將人孔結(jié)構(gòu)設(shè)置為橢圓形，從而直接將密封元件置于溝槽中，不需要就可以選擇到匹配的密封墊，實(shí)現(xiàn)高壓密封效果。為了實(shí)現(xiàn)低壓下的密封效果，可以選擇非金屬密封墊等元件壓力較低的材質(zhì)進(jìn)行制作，當(dāng)然由于設(shè)計(jì)橢圓形結(jié)構(gòu)，會(huì)增加加工難度和加工成本。

綜合分析，在確保高壓容器內(nèi)部工作介質(zhì)和密封元件相容的基礎(chǔ)上，進(jìn)行圓形人孔徑向改進(jìn)結(jié)構(gòu)為最佳方案。當(dāng)然在具體應(yīng)用過程中還需要考慮經(jīng)濟(jì)性、便捷性和安全環(huán)保性、實(shí)用性等各方面的因素，尋求在一定壓力范圍內(nèi)最佳的匹配結(jié)構(gòu)，才能確保高壓容器能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行。