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齒嚙式快開(kāi)容器可分為帶平封頭的、帶凸形封頭的。其中帶凸形封頭的主要用于中、低壓壓力容器，工作壓力一般在0.8～6.4MPa之間，工作溫度在200℃左右。齒嚙式快開(kāi)結(jié)構(gòu)法蘭密封多采用Y形橡膠密封圈，Y形圈的密封性能對(duì)齒嚙式快開(kāi)容器的安全運(yùn)行具有重要影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析技術(shù)被運(yùn)用于橡膠密封圈的研究，諶彪等利用ANSYS分析了不同工作壓力下Y形密封圈的Von-Mises應(yīng)力和接觸應(yīng)力分布，并預(yù)測(cè)了Y形密封圈可能出現(xiàn)裂紋的位置；Manfred Achenbach利用計(jì)算機(jī)仿真預(yù)測(cè)了密封圈不同環(huán)境下的使用壽命；谷云慶等利用數(shù)值模擬分析了壓縮量及密封圈表面仿生凹坑對(duì)密封性能的影響。目前大多數(shù)的研究都集中液壓元件密封圈密封性能的有限元分析。本文采用有限元分析方法對(duì)齒嚙式快開(kāi)壓力容器密封圈進(jìn)行數(shù)值模擬，分別研究了壓力容器不同內(nèi)壓、法蘭間隙以及工作溫度對(duì)密封圈密封性能的影響。
齒嚙式快開(kāi)裝置的密封結(jié)構(gòu)如圖所示。密封槽開(kāi)在筒體法蘭上，接觸面1為密封槽內(nèi)側(cè)面與Y形圈接觸面、接觸面2為密封槽外側(cè)面與Y形圈接觸面、接觸面3為封頭法蘭與Y形圈接觸面，如圖2所示。根據(jù)密封結(jié)構(gòu)的軸對(duì)稱(chēng)特點(diǎn)，選取Y形密封圈的一個(gè)二維截面進(jìn)行分析，其截面主要尺寸H=2mm，θ=80°，如圖所示，其中。筒體法蘭、封頭法蘭及橡膠密封圈均采用二維實(shí)體單元plane183、自由網(wǎng)格劃分。
有限元分析采用ANSYS軟件，容器材料為Q345R，其彈性模量E=209GPa，泊松比γ=0.3；密封圈材料近似為不可壓縮的超彈材料，密封圈材質(zhì)為丁腈橡膠（NBR），硬度為IRHD85（國(guó)際橡膠硬度等級(jí)），線膨脹系數(shù)為1.2x10-4。橡膠材料模型采用Mooney-Rivlin模型函數(shù)更貼近橡膠材料的真實(shí)特性且被大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其應(yīng)變能偏量部分有關(guān)的材料常數(shù)C10和C01可由實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)橡膠材料的硬度計(jì)算得出分別為1.87和0.47，該橡膠材料許用剪切強(qiáng)度為4.6MPa。
選取密封槽及封頭法蘭表面為目標(biāo)面，密封圈表面為接觸面。模型中的接觸對(duì)由接觸單元conta172和目標(biāo)單元targe169配對(duì)組成。
齒嚙式快開(kāi)裝置密封系統(tǒng)Y形密封圈Y唇朝向密封槽內(nèi)側(cè)，在無(wú)內(nèi)壓時(shí)，密封圈依靠密封唇尖變形產(chǎn)生的接觸壓力形成初始密封，在升壓的過(guò)程中密封腔與外供介質(zhì)源相通，在工作階段，將密封槽與釜體內(nèi)腔相通，起到自封自緊作用。
根據(jù)齒嚙式壓力容器工作原理，對(duì)Y形圈施加以下邊界條件：
1）對(duì)密封圈左側(cè)封頭法蘭施加固定約束，對(duì)密封圈上下兩側(cè)密封槽施加左右方向的固定約束；為使得如圖3中密封槽恢復(fù)到實(shí)際寬度，對(duì)密封圈上側(cè)密封槽施加-1.25mm的位移載荷，對(duì)密封圈下側(cè)密封槽施加1.25mm的位移載荷。
2）密封槽內(nèi)腔施加相應(yīng)的內(nèi)壓載荷之后再對(duì)密封圈內(nèi)側(cè)裸露面施加相應(yīng)的內(nèi)壓載荷。
利用有限元軟件ANSYS對(duì)Y形密封圈進(jìn)行有限元分析，得出相應(yīng)的接觸壓力、Von-Mises應(yīng)力分布。Von-Mises應(yīng)力反映了截面上各主應(yīng)力差值的大小，一般來(lái)說(shuō)，Von-Mises應(yīng)力越大，越會(huì)加速橡膠材料的松弛，造成剛度下降，容易出現(xiàn)裂紋。接觸應(yīng)力大于或等于工作內(nèi)壓載荷是Y形密封圈保證密封能力的必要條件，因此接觸應(yīng)力是密封失效判據(jù)的首要條件。
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