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垫片密封
添加:2012-3-21 15:31:23    游览:3742    来源:
垫片密封
垫片密封是工业装置中压力容器、工艺设备、动力机器和连接管道等可拆连接处最主要的密封形型式,通常由法兰、螺栓、螺母和垫片组成,称为螺栓法兰连接,他们的处的工况条件十分复杂,被密封的流体介质种类繁多,防止液体或气体通过垫片密封连接处泄漏出来是工厂面对的最重要也是最困难的任务。虽然垫片密封与回转机械的轴密封、往复机械的轴密封、阀门的阀杆密封相比,其泄漏率并不是很大,但垫片密封量大面广,因此他们成为工业装备泄漏的主要来源。泄漏轻则造成能源、原材料的大量浪费,重则导致设备报废、停工停产、人员伤亡和严重的环境污染。
1.垫片密封机理
泄漏即介质从有限空间内部流到外部,或从外部进入有限空间内部的人们不希望发生的现象。介质流动通过内外空间的交界即密封面发生泄漏。造成泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙,而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。由于密封面的形式及加工精度等因素的影响,密封面上存在间隙在所难免,这就会造成密封面不完全吻合,从而发生泄漏。要减少泄漏,就必须使接触面最在程度地嵌合,即减小泄漏通道的截面积、增加泄漏阻力,并使之大于泄漏推动力。对密封面施加压昆载荷,以产生压紧应力,可提高密封面的接触程度,当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形时,就可填补密封面的间隙,堵塞泄漏通道。使用垫片的目的就是利用垫片材料在压紧载荷的作用下较容易产生塑性变形的特性,使之填平垫片的微小凹凸不平,从而实现密封。
在螺栓法兰垫片连接中,压紧垫片的力使垫片材料产生变形从而填满法兰密封面间的微间隙。垫片预紧应力的大小取决于螺栓的数量、拧紧螺栓的转矩、螺栓系统的润滑状态和垫片和压缩面积,即
M=kFd
 式中:M——转矩,N·m;
d——螺栓的公称直径,m;
k——系数。
系数K的变化范围很大,与螺栓系统的润滑状态有关,设计时一般取k=0.16~0.20,前者用于润滑良好的螺纹,后者用于润滑较差的螺纹。
上述垫片预紧应力是否能够实现初始密封,与所使用的垫片材料密切相关,不同的垫片材料在相同的压缩量下,垫片的应力是不同的,即在同样的密封要求下所能密封的介质压力也是不一样,或者说是在相同的介质压力下,得到的连接密封性能亦不一样。
当初始垫片应力加在垫片上之后,必须在装置的设计寿命内保持足够的垫片工作应力,以维持必要的密封能力。因为连接受到的液体压力作用时,密封面被迫发生分离,此时要求垫片能释放出足够的弹性变形能,以补偿这一分离量,并且留下足以保持密封所需的垫片工作应力,此外,这一弹性应变能还要补偿装置长期运行过程中可能发生的连接结构的松弛,如垫片材料在高温和长期应力作用下引起的垫片应力降低,连接件与紧固件材料不同所引起的热膨胀量不同,从而导致垫片的应力降低或升高,高温下紧固件蠕变引起的垫片应力下降等。
从理论上讲,垫片预紧应力越大,垫片中贮存的弹性应变能也越大,因而补偿法兰面分离和连接松弛的能力也越强。但就实际使用而言,垫片预紧应力的合理取值与密封材料和结构、密封要求、环境因素、使用寿命以及经济性等有关。
2垫片密封的泄漏形式
螺栓-法兰-垫片连接中,垫片是最主要的密封元件,对于非金属垫片来说,连接的密封是通过拧紧螺栓,造成法兰与垫片接触表面及垫片内部较大的压紧应力,从而一方面使垫片表面与法兰表面紧密贴合、填满法兰表面的微间隙,另一方面减小垫片材料的孔隙率,亦即减小被密封液体的泄漏通道。由于任何制造或加工方法都不可能形成绝对光滑的理想表面,也不可能实现密封面间的完全嵌合以及密封件本身孔隙的完全阻塞,所以在相互接触的密封面间和密封件内部总是存在着微小的间隙或通道。因而,对垫片密封来说,泄漏总是不可避免的,当介质以一定的压力通过螺栓-法兰连接时,总会在密封点处出现泄漏,分析这种现象可以发现:它是以两种形式出现的,即“界面泄漏”和“渗透泄漏”。
一、界面泄漏
垫片压紧应力不足、法兰密封面粗糙、管道的热变形、机械变形以及振动等都会造成垫片与法兰密封面之间贴合不严密,从而发生泄漏。此外,螺栓-法兰连接在操作工况下,由于温度、压力的作用,螺栓变形伸长,垫片蠕变松弛、回弹能力下降,垫片材料的老化、变质等亦会造成垫片与法兰密封面之间的泄漏。这种发生在垫片与法兰密封面之间的泄漏称为“界面泄漏”。
二、渗透泄漏
非金属垫片通常由植物纤维、动物纤维、矿物纤维或化学纤维与橡胶粘结压制而成,或由柔性石墨等多孔材料制作而成。由于其组织疏松,致密性差,纤维与纤维之间存在无数微小间隙,很容易被介质浸透,特别是在压力作用下,介质会通过材料内部的孔隙渗透出来。这种发生在垫片材料内部的泄漏称为“渗透泄漏”。
上篇:影响垫片密封连接,导致泄漏的主要因素    下篇:燃烧阀门的盘根安装
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