与其他高压容器密封结构相比,O形橡胶圈密封结构具有以下特点:结构简单、密封可靠;没有受力螺栓,省去了金属垫片或垫块;加工要求和精度较低;安装拆卸方便快捷。综观国内外各类文献资料,较难查到O形橡胶圈密封结构应用于高压容器密封的工程实例,同时O形橡胶圈应用于高压容器密封的理论少有人研究和报道。 本文以“60MPa压力舱研究开发”项目为契机,开展了O形橡胶圈密封结构应用于高压容器密封的研究开发和相关设计。主要研究工作为: (1) O形橡胶圈密封理论研究和分析 运用有限元方法研究分析了O形橡胶圈在密闭空间的压力传递系数;根据受力平衡分析了O形橡胶圈整体位移的形成过程及其影响因素;通过分析O形橡胶圈在自紧密封状态下密封接触面上的接触压力,进一步完善了O形橡胶圈密封理论;同时对O形橡胶圈应用于高压密封进行理论探索和密封失效分析。 (2) 基于O形橡胶圈密封的高压容器密封结构创新设计 本文综合伍德密封结构的轴向力承受特点和O形橡胶圈的密封性能与机理,创新设计出新型高压容器密封结构(在申请国家发明专利,已获得国家实用新型专利授权)。该结构完全采用O形橡胶圈密封,无金属垫片,有效降低了密封表面的加工精度;工作状态下无受力螺栓,开启安装方便。经试验,新型密封结构完全满足设计要求。 (3) 简体和底部端盖的分析设计 采用分析设计方法设计了筒体和底部端盖的壁厚,并采用有限元方法数值分析了筒体和底部端盖的应力强度。 (4) 上部简体轴向力承受结构的优化设计 参考《高压设备》和GB150-1998中对伍德密封轴向力承受结构的设计过程,设计了上部筒体的轴向力承受结构;然后运用有限元方法数值分析了抗剪环与上部筒体接触面上的接触压力分布,选取比较符合接触分析结果的三角形接触压力分布,对上部筒体危险截面进行了优化设计和应力校核。