超临界技术中新型高压快开密封装置及其数值模拟分析

论文摘要

超临界流体技术在石油、医药、食品、化妆品、香料、煤炭、生物、废水处理、高分子加工等工业领域应用广泛,是一个当今迅速发展及很有前途的新兴技术领域。针对超临界流体技术中间歇式或半间歇式萃取釜或反应釜一般承受高压(7MPa～100MPa)、工作温度范围大(20℃～600℃)及要求频繁快开端盖等特点,本文提出并设计了一种超临界釜用新型快开式密封装置,建立了其强度理论计算公式。该种新型高压密封装置由“D”形螺栓,顶盖,端部法兰(高颈)和密封元件组成,具有承力合理、重量轻、装拆方便、密封可靠、结构部件制造方便等特点,应用在超临界反应釜上可增加设备安全性、降低成本及提高操作效率。另外针对上述提出的应力强度计算公式,本文采用Ansys有限元分析软件建立了不同尺寸的三维有限元模型进行分析评定。在建模中考虑了“D”形螺栓螺纹与螺孔螺纹之间的接触,这在现有一般螺栓法兰连接结构数值模拟分析中是不多见的;这样就能更有效的分析计算“D”形螺栓,端部法兰和顶盖等主要部件的应力分布状态,并验证理论公式的有效性,同时观察密封元件部位的变形协调性以更好地了解结构的密封性能。经数值模拟计算验证了结构强度分析公式是适用的,从而为该种新型高压顶盖密封装置在实际工程中应用和设计提供了理论计算依据。此外,本文还提出了多种密封元件形式以适应不同温度和工况要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超临界流体技术简介
• 1.2 现有超临界快开密封装置简介
• 1.2.1 超临界萃取装置结构特点及设计要求
• 1.2.2 现有的超临界密封快开结构
• 1.3 新型“D”形螺栓连接技术的提出、发展及问题
• 1.4 本文研究的目的和意义
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 新型超临界高压快开密封装置
• 2.1 “D”形螺栓超临界快开密封结构
• 2.1.1 双“O”形环快开密封结构设计
• 2.1.2 “C”形环快开密封结构设计
• 2.2 力学模型及强度计算
• 2.2.1 径向“C”形环结构
• 2.2.2 轴向“C”形环结构
• 2.2.3 双“O”形环结构
• 2.3 结构特点分析及比较设计
• 2.4 小结
• 第三章 结构数值模拟分析
• 3.1 有限元分析软件简介
• 3.1.1 ANSYS软件简介
• 3.1.2 Altair hypermesh软件
• 3.2 ANSYS在高压密封分析中的应用
• 3.3 新型密封结构有限元分析
• 3.3.1 模型单元介绍
• 3.3.2 几何模型
• 3.3.3 网格测试
• 3.3.4 材料性质
• 3.3.5 约束条件与加载
• 3.4 分析结果与讨论
• 3.4.1 端部法兰有限元结果分析
• 3.4.2 顶盖有限元结果分析
• 3.4.3 D形螺栓有限元结果分析
• 3.4.4 结构变形和位移分析
• 3.4.5 其他尺寸系列的计算
• 3.4.6 D形螺栓切面垂直于径向的有限元模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书