超高压容器典型密封结构设计
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第 ４５卷 第 ５期 化 工 机 械
５６９
超高压容器典型密封结构设计
胡火焰 曾 嵘 刘 洋
（武 汉 第 二 船 舶 设 计 研 究 所 ）
摘 要 以某 ４８０ｍｍ超高压容器为例，介绍了其密封部位的密封结构。加工制造、水 压 试 验 和 现 场 应 用结果表明，各密封部位的密封结构设计合理、装拆 方 便，为 各 类 超 高 压 容 器 的 密 封 结 构 设 计 提 供 了 参 考。 关键词 超高压容器 密封结构 自紧式密封 金属密封 橡胶密封 中 图 分 类 号 ＴＱ０５１３ 文 献 标 识 码 Ａ 文 章 编 号 ０２５４６０９４（２０１８）０５０５６９０４
５７０
化 工 机 械 ２０１８年
图 １ ４８０ｍｍ超高压容器部分结构
紧，密封更加有效，压力越高，密 封 效 果 越 好 。 ［２～４］ 因此，４８０ｍｍ超 高 压 容 器 所 有 部 位 均 采 用 自 紧 式密封的密封结构形式。
超高压容器的密封结构形式大致可分为强制 式密 封、半 自 紧 式 密 封 和 自 紧 式 密 封 ３种。 其 中 用的较多的是自 紧 式 密 封，其 主 要 特 点 是 当 超 高 压容器内部介质压力升高时，密封元件被压得更
作 者 简 介 ：胡 火 焰 （１９８０），高 级 工 程 师 ，从 事 压 力 容 器 与 管 路 系 统 的 设 计 工 作 ，ｈｈ＿ｈｈｙ５９４＠１２６．ｃｏｍ。
图 ５ 加 ／卸压口密封结构
堵 头 密 封 结 构 如 ６所 示。 ④ 位 置 为 穿 电 缆 口 ，在 线 测 试 时 需 将 盲 堵 头 替 换 成 穿 孔 堵 头 ，要 求 长 时 间 密 封 可 靠 、装 拆 方 便 。 ⑦ 位 置 为 排 污 口 ，要 求长时间密 封 可 靠、装 拆 方 便。设 计 采 用 两 道 氟 橡胶 Ｏ形圈 ＋紫 铜 平 垫 密 封 结 构 与 螺 纹 连 接 实 现这两处的密封与紧固。
⑥ 位 置 为 ４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 下 端 部 （图 ３），主要 用 于 封 闭 超 高 压 容 器 空 间，密 封 件 不 易 更 换，要 求 长 时 间 密 封 可 靠。设 计 采 用 密 封 头 ＋ 楔形密封环金属 密 封 结 构，采 用 内 螺 纹 压 环 锁 紧 密封头和下 部 筒 体。楔 形 密 封 环 与 下 密 封 头、下 部 筒 体 的 锥 面 角 不 同，形 成 线 密 封，在 内 压 作 用 下，楔 形 密 封 环 向 外 扩 张，内 压 越 高 密 封 效 果 越 好。为了建立 初 始 密 封，在 下 密 封 头 上 还 设 计 了 氟橡胶 Ｏ形圈径向密封结构。现场应用结果表 明，这 种 结 构 密 封 可 靠、结 构 紧 凑，楔 形 密 封 环 可 长期不更换。
ＷＡＮＧ Ｙｕｃａｏ，ＬＵ Ｌｉｕｊｉ，ＷＡＮＧ Ｗｅｉｐｉｎｇ，ＷＵ Ｘｕｅｈｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗｄｅｗｐｏｉｎｔｉｎｄｉｒｅｃｔａｎｄｓｅｒｒａｔｅｄｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｅｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｉｔｓｆｏｕｒｓｔｒｕｃ ｔｕｒａｌｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｌｅｔａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗｄｅｗｐｏｉｎｔｉｎｄｉｒｅｃｔｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｉｎ ｌｅｔａｉｒｃａｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｂｏｔｈｗｅｔｂｕｌｂｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙ；ｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｅｃｏｍｅｓ ｂｅｓｔｗｈｅｎｔｈｅｌｏｗｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｃｈａｎｎｅｌａｎｄｗｅｔｃｈａｎｎｅｌｉｓｓｅｒｒａｔｅｄｐｌａｎｅ；ａｓｔｏａ３０℃ ｉｎｌｅｔａｉｒｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａ１ｍ／ｓｉｎｌｅｔａｉｒｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａ８０％ ｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｉｔｓｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｂｅｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｏ２５．４５％ ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｅｒ，ｓｅｒｒａｔｅｄｐｌａｔｅ，ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ，ｐｒｏｄｕｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｅｔｂｕｌｂｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ， ｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 主 要 技 术 指 标 如 下 ： 工 作 腔 尺 寸 ４８０ｍｍ ×１６０００ｍｍ 最 高 工 作 压 力 １５０ＭＰａ 设 计 压 力 １６０ＭＰａ 最 高 工 作 温 度 １８０℃ 设 计 温 度 ２００℃ 工作介质 纯水 加热与冷却介质 导热油 主 要 受 压 元 件 材 料 ＰＣｒＮｉ３ＭｏＶＡ ２ 设 备 简 介 ４８０ｍｍ超高压容器内部为高 温 高 压 试 验 空 间 ；外 部 设 有 导 热 油 夹 套 ，导 热 油 夹 套 与 超 高 压 容 器筒体之间的环 形 空 间 为 导 热 油 流 通 通 道，超 高
ｓｉｇｎｆｏｒＣｏｏｌｉｎｇＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎ ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，６３（２）：６２４～６３３．
（收 稿 日 期 ：２０１８０１２４，修 回 日 期 ：２０１８０９１０）
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏｕｎｔｅｒＦｌｏｗ ＤｅｗｐｏｉｎｔＩｎｄｉｒｅｃｔ ａｎｄＳｅｒｒａｔｅｄＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＣｏｏｌｅｒ
自紧式密封又可分为橡胶材料密封和金属 材 料 密 封 两 大 类 ，二 者 各 有 优 缺 点 。 橡 胶 材 料 密 封 结 构 简 单 ，装 拆 方 便 ，但 密 封 效 果 受 橡 胶 材 料 性 能 影 响 较 大 ，特 别 是 在 高 温 条 件 下 橡 胶 的性能 下 降 很 快。金 属 材 料 密 封 结 构 相 对 复 杂 ，金 属 材 料 发 生 塑 性 变 形 后 装 拆 较 为 困 难 ， 但金属材 料 密 封 在 高 温 高 压 条 件 下 的 可 靠 性 较高。
由于 ４８０ｍｍ超高 压 容 器 尺 寸 较 大，净 重 近 ５０ｔ，受限于制 造 厂 的 制 造 能 力，本 超 高 压 容 器 的 筒体分成两段制 造，中 间 通 过 卡 箍 结 构 连 接 成 整 体，如 图 １所 示，超 高 压 容 器 主 要 由 上 密 封 头、上 部卡箍、上 部 筒 体、上 堵 头、螺 纹 法 兰、中 部 卡 箍、 唇 形 密 封 环 、下 部 筒 体 、下 密 封 头 、楔 形 密 封 环 、下 压 紧 环 、下 螺 纹 压 环 及 下 堵 头 等 组 成 。 ３ 密 封 结 构 设 计 ３．１ 设 计 原 则
超 高 压 容 器 在 化 学 工 业 、石 油 化 工 、人 造 水 晶 及合成金刚石等 静 压 处 理、食 品 保 鲜 等 领 域 都 是 不可缺少的 关 键 设 备 之 一 。 ［１］ 超 高 压 容 器 不 但 在 很 高 的 压 力 下 工 作 ，应 力 水 平 很 高 ，而 且 往 往 伴 随 高 温 ，有 的 工 作 介 质 还 具 有 较 强 的 腐 蚀 性 ，工 作 条 件 恶 劣 ，因 此 使 用 过 程 中 容 器 一 旦 发 生 破 坏 ，将 会造成巨大的损失。容器的密封结构关系到超高 压 容 器 的 安 全 性 ，是 其 薄 弱 环 节 ，因 此 设 计 时 必 须 结合密封结构的 特 点 和 密 封 部 位 的 要 求，选 择 合 理的密封结构形式。笔者以某 ４８０ｍｍ的超高压 容 器 为 例 ，介 绍 了 其 密 封 部 位 的 密 封 结 构 设 计 。 １ 主 要 技 术 指 标
②位置为 ４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 上 端 部，试 验 件 从 此 处 进 出 超 高 压 容 器 ，需 要 经 常 装 拆 ，因 此 要 求密封可靠、装 拆 方 便。根 据 本 超 高 压 容 器 的 工 作参数，设计采用密封头 ＋氟 橡 胶 Ｏ形 圈 的 径 向 密封结构。综合 考 虑 外 螺 纹 压 环、内 螺 纹 压 环 和 卡箍的结构特点，设 计 采 用 卡 箍 锁 紧 密 封 头 和 上 部 筒 体 。 现 场 应 用 结 果 表 明 ，这 种 结 构 密 封 可 靠 、 结构 简 单、易 于 加 工、装 拆 方 便，建 议 每 次 高 温 高 压试验完毕后开启超高压容器更换氟橡胶 Ｏ形 圈。
４８０ｍｍ超 高 压 容 器 的 工 作 温 度 和 工 作 压 力 均 较 高 ，同 时 超 高 压 容 器 上 部 需 频 繁 拆 卸 ， 所以在设 计 密 封 结 构 时 需 兼 顾 金 属 密 封 的 密 封可靠 性 和 橡 胶 密 封 的 装 拆 方 便 性。且 密 封 结 构 设 计 必 须 紧 凑 ，尽 量 减 少 由 密 封 结 构 带 来 的筒体尺寸增加。 ３．２ 结 构 设 计
根据工 艺 要 求，４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 需 要 密
封的部位 有 ８处，如 图 １所 示，分 别 是：① 上 部 水 温传感器口、②上密封头、③加 ／卸压口、④穿电缆 口 、⑤ 二 段 筒 体 连 接 处 、⑥ 下 密 封 头 、⑦ 排 污 口 、⑧ 下部水 温 传 感 器 口，其 中 ②、⑤、⑥ 为 主 要 密 封 部 位 ，① 、③ 、④ 、⑦ 、⑧ 为 辅 助 密 封 部 位 。 ３．２．１ 主 要 密 封 结 构
⑤位置为 ４８０ｍｍ超高压容器两段筒体连接 处 （图 ２），密 封 件 不 易 更 换，要 求 长 时 间 密 封 可 靠。设计采用唇形密封环金属密封结构和筒体外
第 ４５卷 第 ５期 化 工 机 械
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置螺纹 ＋卡箍锁紧两段筒体，在满足密封、紧固的 同时，兼顾外 部 夹 套 装 配 的 需 要。 唇 形 密 封 环 与 上部 筒 体、下 部 筒 体 的 锥 面 角 不 同，形 成 线 密 封， 在 内 压 作 用 下 ，唇 形 密 封 环 向 外 扩 张 ，压 力 越 高 密 封效果越好。出厂水压试验和分段运输至现场组 装后的高温高压 试 验 结 果 均 表 明，这 种 结 构 密 封 可靠、结 构 简 单、装 拆 方 便，建 议 在 定 期 检 验 超 高 压容器时更换唇形密封环。
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化 工 机 械 ２０１８年
蒸发冷 却 器 性 能 研 究 ［Ｊ］．低 温 与 超 导，２０１７，４５ （５）：７９～８５． ［２２］ ＣｕｉＸ，ＣｈｕａＫ Ｊ，ＹａｎｇＷ Ｍ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅＰｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｎＩｍｐｒｏｖｅｄＤｅｗＰｏｉｎｔＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＤｅ
方便。设计采用球形透镜垫金属密封结构 ＋螺纹 连接实现这 ３处 的 密 封 与 紧 固，球 形 透 镜 垫 与 超 高压容器本 体、连 接 接 头 之 间 形 成 线 密 封。 温 度 传感器密封结构如图 ４所示，加 ／卸压口密封结构 如图 ５所示。
图 ２ 两段筒体连接处密封结构
图 ４ 温度传感器密封结构
密封结构是超 高 压 容 器 的 重 要 组 成 部 分，起 到 密 闭 超 高 压 容 器 空 间 、传 递 轴 向 介 质 力 的 作 用 ， 超高压容器能否正常工作在很大程度上取决于密 封结构的完善性。衡量密封结构的好坏主要从密 封的 可 靠 性、结 构 的 紧 凑 性、制 造 的 方 便 性、装 拆 的方便性及维护的经济性等角度出发。
压容器通过导热 油 实 现 与 外 界 的 热 量 交 换；导 热 油夹套外设置悬 挂 式 支 座，支 撑 于 试 验 地 坑 的 井 字 形 钢 梁 上 ，支 座 以 上 为 试 验 操 作 空 间 ，支 座 以 下 的筒体位于地坑中。笔者仅探讨超高压部分的密 封 结 构 ，为 了 简 化 图 纸 ，忽 略 了 导 热 油 夹 套 和 支 座 部分。
图 ３ 下端部密封结构
３．２．２ 辅 助 密 封 结 构 ① 、⑧ 位 置 为 水 温 传 感 器 口 ，水 温Biblioteka Baidu传 感 器 定 期
检验 时 需 装 拆，要 求 长 时 间 密 封 可 靠、装 拆 方 便。 ③位置为加 ／卸 压 口，要 求 长 时 间 密 封 可 靠、装 拆
图 ６ 堵头密封结构 （下转第 ６３２页）
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超高压容器典型密封结构设计
胡火焰 曾 嵘 刘 洋
（武 汉 第 二 船 舶 设 计 研 究 所 ）
摘 要 以某 ４８０ｍｍ超高压容器为例，介绍了其密封部位的密封结构。加工制造、水 压 试 验 和 现 场 应 用结果表明，各密封部位的密封结构设计合理、装拆 方 便，为 各 类 超 高 压 容 器 的 密 封 结 构 设 计 提 供 了 参 考。 关键词 超高压容器 密封结构 自紧式密封 金属密封 橡胶密封 中 图 分 类 号 ＴＱ０５１３ 文 献 标 识 码 Ａ 文 章 编 号 ０２５４６０９４（２０１８）０５０５６９０４
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化 工 机 械 ２０１８年
图 １ ４８０ｍｍ超高压容器部分结构
紧，密封更加有效，压力越高，密 封 效 果 越 好 。 ［２～４］ 因此，４８０ｍｍ超 高 压 容 器 所 有 部 位 均 采 用 自 紧 式密封的密封结构形式。
超高压容器的密封结构形式大致可分为强制 式密 封、半 自 紧 式 密 封 和 自 紧 式 密 封 ３种。 其 中 用的较多的是自 紧 式 密 封，其 主 要 特 点 是 当 超 高 压容器内部介质压力升高时，密封元件被压得更
作 者 简 介 ：胡 火 焰 （１９８０），高 级 工 程 师 ，从 事 压 力 容 器 与 管 路 系 统 的 设 计 工 作 ，ｈｈ＿ｈｈｙ５９４＠１２６．ｃｏｍ。
图 ５ 加 ／卸压口密封结构
堵 头 密 封 结 构 如 ６所 示。 ④ 位 置 为 穿 电 缆 口 ，在 线 测 试 时 需 将 盲 堵 头 替 换 成 穿 孔 堵 头 ，要 求 长 时 间 密 封 可 靠 、装 拆 方 便 。 ⑦ 位 置 为 排 污 口 ，要 求长时间密 封 可 靠、装 拆 方 便。设 计 采 用 两 道 氟 橡胶 Ｏ形圈 ＋紫 铜 平 垫 密 封 结 构 与 螺 纹 连 接 实 现这两处的密封与紧固。
⑥ 位 置 为 ４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 下 端 部 （图 ３），主要 用 于 封 闭 超 高 压 容 器 空 间，密 封 件 不 易 更 换，要 求 长 时 间 密 封 可 靠。设 计 采 用 密 封 头 ＋ 楔形密封环金属 密 封 结 构，采 用 内 螺 纹 压 环 锁 紧 密封头和下 部 筒 体。楔 形 密 封 环 与 下 密 封 头、下 部 筒 体 的 锥 面 角 不 同，形 成 线 密 封，在 内 压 作 用 下，楔 形 密 封 环 向 外 扩 张，内 压 越 高 密 封 效 果 越 好。为了建立 初 始 密 封，在 下 密 封 头 上 还 设 计 了 氟橡胶 Ｏ形圈径向密封结构。现场应用结果表 明，这 种 结 构 密 封 可 靠、结 构 紧 凑，楔 形 密 封 环 可 长期不更换。
ＷＡＮＧ Ｙｕｃａｏ，ＬＵ Ｌｉｕｊｉ，ＷＡＮＧ Ｗｅｉｐｉｎｇ，ＷＵ Ｘｕｅｈｏｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗｄｅｗｐｏｉｎｔｉｎｄｉｒｅｃｔａｎｄｓｅｒｒａｔｅｄｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｅｒｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｉｔｓｆｏｕｒｓｔｒｕｃ ｔｕｒａｌｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｌｅｔａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗｄｅｗｐｏｉｎｔｉｎｄｉｒｅｃｔｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｉｎ ｌｅｔａｉｒｃａｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｂｏｔｈｗｅｔｂｕｌｂｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙ；ｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｂｅｃｏｍｅｓ ｂｅｓｔｗｈｅｎｔｈｅｌｏｗｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｃｈａｎｎｅｌａｎｄｗｅｔｃｈａｎｎｅｌｉｓｓｅｒｒａｔｅｄｐｌａｎｅ；ａｓｔｏａ３０℃ ｉｎｌｅｔａｉｒｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａ１ｍ／ｓｉｎｌｅｔａｉｒｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄａ８０％ ｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｉｔｓｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｃａｎｂｅｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｔｏ２５．４５％ ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅｃｏｏｌｅｒ，ｓｅｒｒａｔｅｄｐｌａｔｅ，ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ，ｐｒｏｄｕｃｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｅｔｂｕｌｂｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ， ｃｏｏｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 主 要 技 术 指 标 如 下 ： 工 作 腔 尺 寸 ４８０ｍｍ ×１６０００ｍｍ 最 高 工 作 压 力 １５０ＭＰａ 设 计 压 力 １６０ＭＰａ 最 高 工 作 温 度 １８０℃ 设 计 温 度 ２００℃ 工作介质 纯水 加热与冷却介质 导热油 主 要 受 压 元 件 材 料 ＰＣｒＮｉ３ＭｏＶＡ ２ 设 备 简 介 ４８０ｍｍ超高压容器内部为高 温 高 压 试 验 空 间 ；外 部 设 有 导 热 油 夹 套 ，导 热 油 夹 套 与 超 高 压 容 器筒体之间的环 形 空 间 为 导 热 油 流 通 通 道，超 高
ｓｉｇｎｆｏｒＣｏｏｌｉｎｇＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎ ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１４，６３（２）：６２４～６３３．
（收 稿 日 期 ：２０１８０１２４，修 回 日 期 ：２０１８０９１０）
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏｕｎｔｅｒＦｌｏｗ ＤｅｗｐｏｉｎｔＩｎｄｉｒｅｃｔ ａｎｄＳｅｒｒａｔｅｄＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＣｏｏｌｅｒ
自紧式密封又可分为橡胶材料密封和金属 材 料 密 封 两 大 类 ，二 者 各 有 优 缺 点 。 橡 胶 材 料 密 封 结 构 简 单 ，装 拆 方 便 ，但 密 封 效 果 受 橡 胶 材 料 性 能 影 响 较 大 ，特 别 是 在 高 温 条 件 下 橡 胶 的性能 下 降 很 快。金 属 材 料 密 封 结 构 相 对 复 杂 ，金 属 材 料 发 生 塑 性 变 形 后 装 拆 较 为 困 难 ， 但金属材 料 密 封 在 高 温 高 压 条 件 下 的 可 靠 性 较高。
由于 ４８０ｍｍ超高 压 容 器 尺 寸 较 大，净 重 近 ５０ｔ，受限于制 造 厂 的 制 造 能 力，本 超 高 压 容 器 的 筒体分成两段制 造，中 间 通 过 卡 箍 结 构 连 接 成 整 体，如 图 １所 示，超 高 压 容 器 主 要 由 上 密 封 头、上 部卡箍、上 部 筒 体、上 堵 头、螺 纹 法 兰、中 部 卡 箍、 唇 形 密 封 环 、下 部 筒 体 、下 密 封 头 、楔 形 密 封 环 、下 压 紧 环 、下 螺 纹 压 环 及 下 堵 头 等 组 成 。 ３ 密 封 结 构 设 计 ３．１ 设 计 原 则
超 高 压 容 器 在 化 学 工 业 、石 油 化 工 、人 造 水 晶 及合成金刚石等 静 压 处 理、食 品 保 鲜 等 领 域 都 是 不可缺少的 关 键 设 备 之 一 。 ［１］ 超 高 压 容 器 不 但 在 很 高 的 压 力 下 工 作 ，应 力 水 平 很 高 ，而 且 往 往 伴 随 高 温 ，有 的 工 作 介 质 还 具 有 较 强 的 腐 蚀 性 ，工 作 条 件 恶 劣 ，因 此 使 用 过 程 中 容 器 一 旦 发 生 破 坏 ，将 会造成巨大的损失。容器的密封结构关系到超高 压 容 器 的 安 全 性 ，是 其 薄 弱 环 节 ，因 此 设 计 时 必 须 结合密封结构的 特 点 和 密 封 部 位 的 要 求，选 择 合 理的密封结构形式。笔者以某 ４８０ｍｍ的超高压 容 器 为 例 ，介 绍 了 其 密 封 部 位 的 密 封 结 构 设 计 。 １ 主 要 技 术 指 标
②位置为 ４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 上 端 部，试 验 件 从 此 处 进 出 超 高 压 容 器 ，需 要 经 常 装 拆 ，因 此 要 求密封可靠、装 拆 方 便。根 据 本 超 高 压 容 器 的 工 作参数，设计采用密封头 ＋氟 橡 胶 Ｏ形 圈 的 径 向 密封结构。综合 考 虑 外 螺 纹 压 环、内 螺 纹 压 环 和 卡箍的结构特点，设 计 采 用 卡 箍 锁 紧 密 封 头 和 上 部 筒 体 。 现 场 应 用 结 果 表 明 ，这 种 结 构 密 封 可 靠 、 结构 简 单、易 于 加 工、装 拆 方 便，建 议 每 次 高 温 高 压试验完毕后开启超高压容器更换氟橡胶 Ｏ形 圈。
４８０ｍｍ超 高 压 容 器 的 工 作 温 度 和 工 作 压 力 均 较 高 ，同 时 超 高 压 容 器 上 部 需 频 繁 拆 卸 ， 所以在设 计 密 封 结 构 时 需 兼 顾 金 属 密 封 的 密 封可靠 性 和 橡 胶 密 封 的 装 拆 方 便 性。且 密 封 结 构 设 计 必 须 紧 凑 ，尽 量 减 少 由 密 封 结 构 带 来 的筒体尺寸增加。 ３．２ 结 构 设 计
根据工 艺 要 求，４８０ｍｍ 超 高 压 容 器 需 要 密
封的部位 有 ８处，如 图 １所 示，分 别 是：① 上 部 水 温传感器口、②上密封头、③加 ／卸压口、④穿电缆 口 、⑤ 二 段 筒 体 连 接 处 、⑥ 下 密 封 头 、⑦ 排 污 口 、⑧ 下部水 温 传 感 器 口，其 中 ②、⑤、⑥ 为 主 要 密 封 部 位 ，① 、③ 、④ 、⑦ 、⑧ 为 辅 助 密 封 部 位 。 ３．２．１ 主 要 密 封 结 构
⑤位置为 ４８０ｍｍ超高压容器两段筒体连接 处 （图 ２），密 封 件 不 易 更 换，要 求 长 时 间 密 封 可 靠。设计采用唇形密封环金属密封结构和筒体外
第 ４５卷 第 ５期 化 工 机 械
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置螺纹 ＋卡箍锁紧两段筒体，在满足密封、紧固的 同时，兼顾外 部 夹 套 装 配 的 需 要。 唇 形 密 封 环 与 上部 筒 体、下 部 筒 体 的 锥 面 角 不 同，形 成 线 密 封， 在 内 压 作 用 下 ，唇 形 密 封 环 向 外 扩 张 ，压 力 越 高 密 封效果越好。出厂水压试验和分段运输至现场组 装后的高温高压 试 验 结 果 均 表 明，这 种 结 构 密 封 可靠、结 构 简 单、装 拆 方 便，建 议 在 定 期 检 验 超 高 压容器时更换唇形密封环。
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化 工 机 械 ２０１８年
蒸发冷 却 器 性 能 研 究 ［Ｊ］．低 温 与 超 导，２０１７，４５ （５）：７９～８５． ［２２］ ＣｕｉＸ，ＣｈｕａＫ Ｊ，ＹａｎｇＷ Ｍ，ｅｔａｌ．ＳｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅＰｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｎＩｍｐｒｏｖｅｄＤｅｗＰｏｉｎｔＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＤｅ
方便。设计采用球形透镜垫金属密封结构 ＋螺纹 连接实现这 ３处 的 密 封 与 紧 固，球 形 透 镜 垫 与 超 高压容器本 体、连 接 接 头 之 间 形 成 线 密 封。 温 度 传感器密封结构如图 ４所示，加 ／卸压口密封结构 如图 ５所示。
图 ２ 两段筒体连接处密封结构
图 ４ 温度传感器密封结构
密封结构是超 高 压 容 器 的 重 要 组 成 部 分，起 到 密 闭 超 高 压 容 器 空 间 、传 递 轴 向 介 质 力 的 作 用 ， 超高压容器能否正常工作在很大程度上取决于密 封结构的完善性。衡量密封结构的好坏主要从密 封的 可 靠 性、结 构 的 紧 凑 性、制 造 的 方 便 性、装 拆 的方便性及维护的经济性等角度出发。
压容器通过导热 油 实 现 与 外 界 的 热 量 交 换；导 热 油夹套外设置悬 挂 式 支 座，支 撑 于 试 验 地 坑 的 井 字 形 钢 梁 上 ，支 座 以 上 为 试 验 操 作 空 间 ，支 座 以 下 的筒体位于地坑中。笔者仅探讨超高压部分的密 封 结 构 ，为 了 简 化 图 纸 ，忽 略 了 导 热 油 夹 套 和 支 座 部分。
图 ３ 下端部密封结构
３．２．２ 辅 助 密 封 结 构 ① 、⑧ 位 置 为 水 温 传 感 器 口 ，水 温Biblioteka Baidu传 感 器 定 期
检验 时 需 装 拆，要 求 长 时 间 密 封 可 靠、装 拆 方 便。 ③位置为加 ／卸 压 口，要 求 长 时 间 密 封 可 靠、装 拆
图 ６ 堵头密封结构 （下转第 ６３２页）