Häufig verwendete Dichtkonstruktionen für Hochdruckbehälter – Diskussion

Thread Content

Die Qualität der Dichtung in der Hochdruckdichtkonstruktion hat direkten Einfluss auf die Sicherheit bei der Verwendung des Behälters. Es handelt sich dabei um den entscheidenden Bestandteil des gesamten Hochdruckbehälters. Ob die Konstruktion der Dichtung wissenschaftlich fundiert und vernünftig ist, beeinflusst nicht nur die normale Nutzung des Behälters, sondern kann auch erhebliche Risiken für seine Zuverlässigkeit und Sicherheit mit sich bringen. 　 　Bei der Konstruktion von Hochdruckverschlusssystemen müssen alle relevanten Faktoren berücksichtigt werden, einschließlich der Umgebungsbedingungen, unter denen der Behälter eingesetzt wird. Beispielsweise müssen bei hohem Druck, hohen Temperaturen oder starken Temperaturschwankungen die sichere Nutzung des Behälters sowie seine Dichtigkeit gewährleistet werden. Außerdem muss die Konstruktion, abgesehen von einer angemessenen Dichtheit, so einfach wie möglich sein, um eine einfache und schnelle Installation, Wartung sowie Demontage zu ermöglichen. 　　Obwohl die Bearbeitungsgenauigkeit und Glätte der Dichtstrukturen nicht sehr hoch sind, muss das Material der Dichtelemente korrosionsbeständig gegenüber den verwendeten Medien sein und eine ausreichende Festigkeit für mehrfache Wiederverwendung aufweisen. Angesichts der immer höheren Anforderungen in der Produktion und im Alltag ist es dringend notwendig, Dachverschlussstrukturen mit einer höheren Druckbeständigkeit zu verwenden, um alle Produktionsanforderungen zu erfüllen. 　　1 Analyse einiger traditioneller Verschlusssysteme für Deckel von Hochdruckbehältern sowie deren Mängel  1.1 Flachdichtungen  Metallische Flachdichtungen sind eine häufig vorkommende Verschlusstechnik auf dem Markt. Es handelt sich dabei um eine Zwangsdichtung – das Prinzip der Dichtung ist recht einfach: Durch die Vorspannkraft sowie den Betriebsdruck wird eine Dichtigkeit erreicht. Die Vorspannkraft sowie der Betriebsdruck entstehen durch die Druckkraft der Hauptbolzen an den Endflanschen des Behälters. Die wichtigsten Faktoren, die die Stärke der Ausübung der Vorspannkraft auf die Struktur beeinflussen, sind die Bruchfestigkeit des Dämpfungsmaterials. Zudem ist auch die Breite des Dämpfungsmaterials ein wichtiger Einflussfaktor. Der größte Vorteil von Metall-Dichtungen mit Flachdichtflächen ist ihre einfache Konstruktion, die den Montageprozess verkürzt und vereinfacht. Zudem sind keine hohen Anforderungen an die Verarbeitungstechnik erforderlich. Durch jahrelange Entwicklung ist die Verarbeitungstechnologie inzwischen recht ausgereift. Da der Einsatz von Metallausgleichsplatten auf begrenzte Bedingungen beschränkt ist – sie werden nur in Umgebungen mit Temperaturen unter 200 °C, Drücken unter 32 MPa sowie einem Innendurchmesser des Behälters von maximal 800 mm eingesetzt – sind die möglichen Anwendungsfälle recht begrenzt. Wenn der Druck steigt und eine höhere Presskraft erforderlich wird, müssen die Bolzen angepasst und verbessert werden. Dadurch erhöhen sich die Abmessungen der Konstruktion, was wiederum die Komplexität der Dichtungsanlage erhöht. Gleichzeitig nimmt auch das Gewicht der Konstruktion sowie des gesamten Behälters zu. Die Komplexität der Konstruktion stellt außerdem erhebliche Schwierigkeiten bei der Montage und Demontage dar. 　　1.2 Doppelkegelschließung Die Doppelkegelschließung ist eine verbesserte, halbautomatische Schließkonstruktion, bei der die Struktur der Hauptbolzen beibehalten wird. Die Schließflächen bestehen aus einer Kombination aus zwei halbkreisförmigen oder dreieckigen Kanälen. Das Verschlusprinzip beruht darauf, dass unter den hohen Temperaturen und Drücken im Inneren des Behälters der doppelte Kegelring durch die Wärme ausdehnt und elastisch verformt wird, wodurch der Druck auf die Verschlussflächen erhöht wird. Da das Material der Dichtung in dieser Konstruktion aus Weichstahl und Edelstahl besteht und die Form der Dichtfläche kegelförmig ist, führt eine hohe Druckbelastung dazu, dass sich die doppelten Kegelringe radial nach außen dehnen. Dadurch erhöht sich der Dichtdruck auf der Dichtfläche, was wiederum zu dem gewünschten Dichteffekt führt. Die Doppelkegelschließung ist gegenüber den Umweltbedingungen recht widerstandsfähig und kann in einer breiten Palette von Anwendungsgebieten eingesetzt werden – insbesondere bei Überdruck, hohen Temperaturen sowie in Anwendungen mit großen Durchmessern. Außerdem ist diese Verschlussschaltung relativ einfach, was die Fertigung und Montage erleichtert. Die Anforderungen an die Präzision der Fertigung sind nicht hoch, und bei Veränderungen der Umweltbedingungen können die Strukturen bei Bedarf in kurzer Zeit angepasst werden. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass hohe Anforderungen an die Vorspannkraft der Bolzen sowie an die axiale Kraft bestehen. Zudem ist ein hoher Dichtungsdruck erforderlich, um eine gute Dichtigkeit zu erreichen. Außerdem sind die Konstruktionskomponenten groß und komplex. 　　1.3 B-Ring-Dichtung 　　Die B-Ring-Dichtung verträgt hohe Temperaturen sehr gut. Selbst in schwierigen Umgebungsbedingungen bleibt ihre Dichtfunktion weiterhin zuverlässig und sicher. Die B-Ring-Dichtung ist eine selbstverschließende Dichtkonstruktion, bei der die Steifigkeit der Verbindungsstruktur nicht sehr hoch ist. Zudem steht die Dichtleistung in einem positiven Zusammenhang mit dem Umgebungsdruck und der Temperatur: Je höher der Druck sowie je größer der Durchmesser ist, desto besser ist die Dichtleistung der Konstruktion. Da der Anfangsdruck bei der Abdichtung mit dem B-Ring durch die radiale Überdeckung zwischen den Wellen des B-Rings und den Abdichtkanälen im Zylinder sowie auf dem Deckel erreicht wird, sind hohe Präzisionsanforderungen an die Fertigung des Abdichtrings notwendig. Diese hohen Anforderungen an die Fertigungstechnik erschweren die Herstellung. Zudem macht die schwierige Demontage die anschließende Wartung kompliziert – außerdem können die Kontaktflächen leicht beschädigt werden. 　　2 D-förmige Bolzen zur Verbindung mit C-förmigen Ringen für Hochdruckdichtungen. Die Abdeckung des D-förmigen Bolzen-Systems zur Verbindung mit C-förmigen Ringen für Hochdruckdichtungen befindet sich in der Flanschstelle am Ende des Zylinders. Dadurch wird zwar der Durchmesser sowie die Dicke der Abdeckung verringert, doch die Kompaktheit der Gesamtstruktur sowie ihre Strukturqualität bleiben weiterhin sehr gut. Die D-Form-Bolzen verbinden die Oberkappe des Hochdruckdichtungssystems mit dem C-förmigen Ring sowie mit der Innenfläche der Endflansche. Ein Viertel der Befestigungslöcher der D-Form-Bolzen befindet sich während der Fertigung auf den Endflanschen. In der Zwischenräumlichkeit zwischen der Oberkappe und den Endflanschen sind die D-Form-Bolzen in einem gleichmäßigen Abstand „exzentrisch“ angeordnet. Am Dach und an den Endflanschen wird ein bestimmter Abstand gelassen, um Platz für die Befestigung des C-förmigen Rings sowie der Dämpfungselemente zu schaffen. 　　Die D-förmigen Schrauben verbinden das C-förmige Dichtelement. Unter dem Druck des Mediums erhöht die selbstschließende Wirkung des C-förmigen Elements den Anpressdruck des Justierschraubens. Es ist wichtig, vor der Montage der Struktur alle D-Schrauben auf der Abdeckung zu lockern, das Abdeckungsmodul in die Flanschhöhle einzusetzen und es axial sowie zyklisch zu positionieren. Wenn das Demontieren des Deckels sowie der Endflansche relativ einfach ist, genügt es, die D-Schrauben um etwa 90° in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, um den Deckelkomponenten im Endflansch zu entnehmen. Dadurch kann der Deckel des Behälters schnell montiert und demontiert werden – ohne dass weitere Hilfsmittel wie Hydraulikschlüssel benötigt werden. Zudem weisen die D-Schrauben eine einfache Konstruktion auf; es sind daher keine hohen Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit der Komponenten erforderlich. Sie werden daher in vielen Branchen wie der Chemie- oder Energieindustrie zur Abdichtung von Hochdruck- und Ü Hochdruckbehältern eingesetzt. 　　3 Neue Hochdruckdichtungsstruktur auf Basis von O-Ringen Der dreifache Dichtmechanismus besteht aus zwei Dichtkanälen, in denen sich O-Ringe befinden; diese bilden zusammen mit der Wand des Zylinders eine Dichtung. Die O-Ringe sind entlang der Umfangsrichtung der Abdeckplatte angeordnet. Der Scherring des flachen Deckels besteht aus abwechselnd angeordneten, gleichmäßig verteilten Segmentringen sowie kreisförmigen Ringen mit parallelen Seiten. An den Radialrändern der einzelnen Segmentringe und Kreisringe befinden sich Schraubenlöcher. Die radiale Dichtung erhöht durch die Größenkette die Komprimierbarkeit der Vorabdichtung und steigert somit die Zuverlässigkeit der radialen Dreidichtung ； Die radialen Dichtungen sowie die Dichtungen in der axialen Richtung auf dem Träger gewährleisten eine vollständige Abdichtung der Struktur.