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正航整理高梯度定向凝固炉关键部件的密封性设

时间:2015-07-17 11:34来源:未知 作者:正航仪器 点击:
正航整理高梯度定向凝固炉关键部件的密封性设计
 
高梯度定向凝固炉中需要进行重点密封设计的结构有法兰联接部分的密封,炉门部分的密封,以及电极的密封设计。其中法兰密封和电极密封属于静密封,炉门密封属于动密封,针对三部分的不同结构,本章分别对其进行详细的密封性设计。
1 法兰密封设计
1.1法兰密封面常见的几种形式
中、低压法兰常用密封面形式有平面、凹凸面及榫槽面三种。如图1所示。
如图1所示
a 平面法兰       b凹凸面法兰        c榫槽面法兰
图1法兰密封常见形式
  2.平面法兰
该种法兰的密封面是一光滑平面,有时也在密封面上车有二条界面为三角形的同心圆沟槽(俗称水线)。如图.1(a)所示。
适用于平面法兰的垫片有各种非金属平垫片、包覆垫、金属包垫、缠绕式垫片(可同时带内环或外环或内外环)。由于结构简单、加工方便,便于防腐衬里的施工,故可在公称压力p<2.45MPa时使用。在0.588MPa压力以下、温度不高的场所尤为适宜,但这种密封面与垫片接触面积较大(特别是管道用宽面法兰),所需压紧力大,安装时垫片不宜定位。预紧后,垫片易向两侧伸展或移动。故如聚四氟乙烯等摩擦系数较小的垫片,不宜采用该种密封面。另外,如使用缠绕垫片,为了重复利用垫片,密封面上不车制三角槽[37]。
3.凹凸面法兰
 该法兰密封面由一凹面和一凸面组合而成,垫片放置在凹面内,如图.1(b)所示。其适用的垫片有:各种非金属平垫、包覆垫、金属包垫、缠绕垫片(基本型或带内环的)、金属波形垫、金属平垫、金属齿形垫。
与平面法兰相比,凹凸面法兰中垫片不易被挤出,装配时便于对中,工作压力范围比平面法兰宽,用于密封要求较严的场合。但对于操作温度高,封口直径大的设备,使用该种密封面时,垫片仍存在被挤出的可能。例如某换热器,压力2.45MPa,温度250℃,使用纯铝平垫片。根据表2-2提供的数据,纯铝使用温度为425℃,其密封应该可靠。事实上,换热器投入运转不久就出现泄漏,二次紧固后也仅维持一段时间。经停车检查,发现垫片内径发生显著变形。其原因是纯铝的塑性良好,250℃时的屈服强度约是常温下的15%,延伸率高达4~5倍,这就是说在高温下铝垫的压延、蠕变现象严重。因此垫片和法兰面之间无法保持所需要的密封比压,故必须更换垫片材质或采用榫槽面法兰以及带有两道止口的凹凸面法兰(如高压密封中,金属平垫所采用的法兰面结构)予以解决。
4.榫槽面法兰
该法兰密封面由一榫槽面和一槽面配合组成,垫片置于槽内,如图4.1(c)所示。适用垫片有:金属及非金属平垫、金属包垫、缠绕垫(基本型)等。与凹凸面法兰一样,榫槽面法兰在槽中不会被挤出,压紧面积最小(只有平面法兰和凹凸面法兰的52~68%),垫片受力均匀。由于垫片与介质不直接接触,介质腐蚀影响和压力机制的渗透影响最小,可用于高压、易燃、易爆、有毒介质等密封要求严格的场合。这种密封面垫片安装时对中性好,该密封面加工和垫片更换较为困难。
5.其他密封面型式的法兰
除以上三种密封面型式以外,还有采用梯形槽密封面,以及配用O形环、透镜垫时的特殊密封面型式。见图2。
见图2
      图2 其他密封形式
    (a)为采用橡胶O形圈和金属中空O形环的密封面形式。
     (b)为梯形槽密封面,可配金属八角垫和椭圆垫。
     (c)为透镜垫密封结构,它用于高压管道的连接。
5.1法兰密封方案及对比分析
高梯度定向凝固炉属于高真空密封环境,法兰密封一般采用真空橡胶密封圈进行密封。
方案一、采用J型真空密封圈密封J型真空密封圈结构形式如图3所示。
采用J型真空密封圈密封J型真空密封圈结构形式如图3所示
图3 J型真空密封圈结构
1——压紧法兰;2——压套; 3——J型密封圈;
4——密封座;  5——垫圈; 6——传动轴

J型又称为威尔逊密封,安装结构如图4所示,其作用是利用中央凸起并紧箍在转轴上呈锥形的J型橡胶密封圈。当内部达到真空时,外部大气压力把密封圈紧紧地压在旋转轴上从而达到真空密封的目的。
安装结构如图4所示
图4 J型密封圈的安装结构
1——压紧法兰;2——压套; 3——J型密封圈;
4——密封座;  5——垫圈; 6——传动轴
方案二、采用O型真空密封圈密封
真空用O型橡胶密封圈结构如图4.5所示,密封的安装结构如图4.6,适用于外部大气压力、真空室压力高于1×10-4pa的往复运动的真空设备的密封,在规定的温度下且往复运动速度低于0.2m/s。真空机械设备其他情况下的密封,也可以选用O形橡胶圈。O型圈规定工作温度为-25~80℃。
O形橡胶密封圈具有如下的优点:
(1)密封部位结构简单,安装部位紧凑,重量较轻。
(2)有自密封作用,往往只用一个密封件便能完成密封。
(3)密封性能较好,用作静密封时几乎可以做到没有泄漏。用于往复运动时,在往复行程中密封性能不变,泄漏很小, 只在速度较高时才有些泄漏。
(4)运动摩擦阻力很小,对于压力交变的场合也能适应。
(5)尺寸和沟槽已标注化,成本低,便于使用和外购。
经过对比分析,本文确定选用方案二的密封结构进行密封设计。
安装结构如图5所示
图5  O型密封圈结构

安装结构如图6所示
图6 O形密封圈的安装结构
1——压套 ;2——O型密封圈;3——垫圈
4——螺母;5——传动轴
 
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