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垫片结构其他尺寸的选优设计
添加:2017-5-22 17:19:13    游览:695    来源:www.aosailuo.com

  1、垫片直径

  尚未看到垫片直径与密封性能关系的专题研究报道。当垫片宽度一定时,垫片有效密封宽度随着垫片内外径的增大而增加,垫片内外径的增加的影响有限,上述分析对象全部是外直径小 75mm 的管法兰。因此,该结论不能直接推广到大直径的设备法兰。

  初步分析发现,密封面直径及其垫片直径越大,两者在整个圆周内的平面度实际偏差也大。另外,大直径法兰相对于小直径法兰其刚度要小, 容易产生更大的法兰偏转。垫片公称直径的影响也可能体现在抗扭刚度上,小直径垫片抗扭刚度大,大直径垫片的曲率半径小, 在结构上趋向于长而直的钢片,其抗扭刚度小。这两方面都对密封性存在不良影响。垫片直径与密封面平面度的定量关系应成为垫片优化设计的基本内容。

  2、垫片厚度

  一般选用薄的垫片,对高压工况尤其如此。但是,垫片直径扩大化增加了问题的复杂性。

  (1) 骨架厚度与密封面平面度。ASMEPCC-1:2010 对密封面平面度和缺陷的定义,GB150.3 表 C.9 允许八角垫和椭圆垫在整个圆周上任何部位的垫环高度差应不大于 0.5mm。对于直径≥650 的大直径法兰,缠绕式垫片密封面平面度应不大于 0.8,金属包垫片和非金属垫片密封面平面度应不大于0.3。

  垫片不平整变形需要适当的垫片厚度来弥补, 而骨架厚度的要求在 GB/T 19066.1-2008 标准中是缺失的。查 GB/T 1184-1996《直线度、平面度公差值及应用举例》,1 000 至 1 600 范围内的主参数其最高公差等级为 1 级时的公差值为 2.5,1 600 至 2 500 范围 内的主参数其最高公差等级为 1 级时的公差值为 3,2 500 至4 000 范围内的主参数其最高公差等级为 1 级时的公差值为 4。根据工程实践, 直径 1 400以下的垫片按目前标准提出的厚度尚可满足密封要求, 直径再大的则可能会出现失效现象。因此,设计工程师一方面应据此对设备法兰密封面的平面度提出公差要求,另一方面应根据公差值的差异程度相应增加垫片厚度。

  与纯粹的配对法兰密封相比,换热器法兰与管板配对时管板密封面平整度差异性对密封的影响是一特例, 建议在换热器法兰设计中, 保留一定的法兰安全裕度,并考虑足够的垫片厚度及其回弹性能,给该特例以充分的密封性补偿。

  (2)复层厚度。对厚度为 3.10 不锈钢金属梯形齿骨架试验, 在 70 应力下压缩变形量约为0.240, 卸载后的残余变形量约为 0.104, 垫片骨架的压缩率为 7.74%,回弹率为 64.21%。对厚度约为 5.30 的梯形波齿复合垫试验,在 70 的应力下, 垫片的压缩变形量约 0.78, 卸载后的残余变形量约 0.348。垫片的压缩率为 15.7 %, 垫片回弹率为 55.3 %,这表明在金属骨架上覆合质地较软的柔性石墨层后,压缩率大为增大,而回弹率略有下降。但当柔性石墨达到一定的厚度时压缩率和回弹率的变化趋于平缓。

  因此, 可以定性推断: 在垫片总的厚度一定的情况下,骨架和石墨层的厚度分配比例对密封性能是有影响的;存在一个保证最佳回弹率的石墨层最大厚度,而反映石墨层质地软硬程度的密度则是材料性能关键指标。值得定量研究。

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