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針對目前以主螺栓等為主的法蘭聯接形式存在的密封結構笨重、拆裝困難等問題，設計開發了一種新型高壓容器頂蓋密封法蘭連接結構-D形軸向抗剪螺栓聯接結構。該結構與現有的卡箍、凸肩法蘭(伍德密封連結)等快開密封連接結構相比，不僅能使容器頂蓋的拆裝更加便捷，同時還具有制造方便、結構緊湊及質量輕等特點，適用于各種高壓或超高壓容器密封或壓力管道密封。對D形螺栓和C形環高壓密封裝置進行了簡單介紹，并對其關鍵部件進行了應力分析和有限元分析，其結果可為工程應用提供一定的設計理論依據。
D形螺栓C形環高壓密封裝置由端部法蘭、頂蓋、D形螺栓、D形螺栓支撐環和C形環等元件組成，其結構示意圖見圖。密封元件采用自緊式C形環，C形環放置在頂蓋和端部法蘭之間，其上、下兩道封口的初始密封預緊力是通過旋轉頂蓋上方沿周向均布的一組D形螺栓直接壓下頂蓋從而壓緊C形環獲得，頂蓋在軸向可相對移動，工作時的C形環有內壓自緊作用。D形螺栓連接在容器端部法蘭和D形螺栓支撐環騎縫上的螺孔內，這些螺孔的中心不在騎縫上，而是靠內，呈偏心狀態。每個螺栓柱體的一側被加工成一平面，切掉的部分大約為1/4圓弧長的傘形塊，螺栓橫截面呈字母D形狀。端部法蘭上的螺孔只保留約為1/4圓弧螺紋柱，與之相對應的D形螺栓支撐環上的螺孔約為3/4圓弧螺紋柱。
由此設計的原因是，當D形螺栓在圖所示的松開位置時，它可被D形螺栓支撐環上的螺孔所包容，此時，D形螺栓、D形螺栓支撐環和頂蓋可以作為一個整體組件直接卸下，D形螺栓不必取出。反之，在安裝過程中，只要將上述組件置于端部法蘭腔體內，把包容全部D形螺栓的支撐環經軸向和周向定位(螺孔對位)后，分別旋轉各個D形螺栓至少量的行程即可。理論上只要向下壓緊頂蓋至使C形環初始預緊密封所需的軸向變形量即可，一般在初始頂緊C形環之后，螺栓旋轉將不會超過1個螺距。從圖可知，容器內壓軸向力和密封環密封力由頂蓋傳遞到端部法蘭是通過D形螺栓進行的。而D形螺栓支撐環軸向并不參與上述力的傳遞，所以，預緊完成后要求所有D形螺栓螺紋應與端部法蘭上的螺紋孔呈完全連接狀態，即不能只連接一部分。
為了做到這一點，將所有D形螺栓上切平面的加工放在該密封系統完成最終水壓試驗并確保不發生泄漏后，以此來確定每個螺栓的切平面位置(一般螺栓切平面的法向可正對著軸心方向)，所以每個螺栓、螺孔和頂蓋的位置關系基本上應是一一對應的。當然每次預緊時D形螺栓位置并非完全固定，而是可以作左右約90°的旋轉調整，即C形環可在原密封變形位置上再得到約1/4螺距的上下變形量調整。例如對有4mm螺距的螺栓，其C形環變形調整余量可達上、下各1mm，可見足以滿足實際調整需要。同時，由于D形螺栓支撐環基本不受力，所以環的高度可比螺栓短一些，而且頂蓋被D形螺栓壓住的臺階也可以往下鉆一定深度的孔。只要保證足夠強度，可使頂蓋盡量向外移，以盡可能少地占有容器內部空間。另外，所有螺孔都要一次定位加工而成。
介質內壓產生的軸向力F。由頂蓋通過D形螺栓傳遞到端部法蘭上，同時C形環密封反力(為軸向力)F。也通過D形螺栓傳遞到端部法蘭上，端部法蘭對螺栓的作用力主要是軸向剪切力。該剪切力與頂緊力的作用會形成使螺栓傾覆的力矩，為平衡這一力矩，D形螺栓的兩側需受到能形成反向力偶的力，在其靠端部法蘭的側面上，可假設來自端部法蘭作用的正向分布壓力，能形成力偶的力主要是螺栓底部的摩擦力和可能來自D形螺栓支撐環的正向分布壓力，都認為是線性的，D形螺栓力學模型見圖。從圖可以看出，D形螺栓支撐環可以起到一定的橫向支撐作用，但軸向是不受力的。
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