垫片所处的工况条件十分复杂,包含的流体介质范围相当广泛,防止液体或气体通过这些接头处泄露出来,是工厂面对的重要也是困难的任务。虽然法兰接头与泵轴、阀杆、搅拌器轴等密封相比,其泄露量不及它们大,但法兰接头的数量则比它们多得多,因此它们成为过程装备泄露的主要来源。通常采用螺栓法兰连接结构,因此装配时要将螺栓预紧到足以达到初步密封的要求,而精|确地控制预紧水平恰恰是一个十分棘手的问题;另外,这一结构中的垫片更是一个受很多因素影响的密封元件。


垫片是一种夹持两个独立的连接件之间的材料或材料的组合

定义 

一、

垫片是一种夹持在两个独立的连接件之间的材料或材料的组合,其作用是在预定的使用寿命内,保持两个连接件间的密封。垫片必须能够密封结合面,并对密封介质不渗透和不被腐蚀,能经承受温度和压力等作用。

二、

垫片密封一般由连接件(如法兰)、垫片和紧固件(如螺栓、螺母)等组成,因此决定某个接头的密封性时,必须将整个连接结构作为一个系统进行考虑。垫片工作正常或失效与否,除了取决于设计选用的垫片本身的性能外,还取决于系统的刚度和变形、结合面的粗糙度和平行度及紧固载荷的大小和均匀性等。

将密封作为一个系统进行分析既符合实际又是科学合理的方法,但单纯要从理论上去解决它,是一个相当困难的问题。现实的做法是分别考虑各个组件的特性,然后研究他们各自对系统特性的响应,终通过必要的整合后,获得良好的综合密封效果。因此,有时候接头发生泄露,不一定是垫片本身的问题。

就垫片密封而言密封流体在垫片结合处的泄露有三种界面泄露渗透泄露吹出泄露

泄露方式:

一、

两连接件表面(称密封面),从机械加工的微观文理来看存在粗糙度和变形,它们与垫片之间总是存在泄露通道,由此产生的流体泄露被称为界面泄露,它占总泄露量的80~90%。

二、

对非金属材质的一类垫片而言,从材料的微观结构来看,其本身存在微小的缝隙或细微的毛细管,具有一定压力的流体自然容易通过它们渗透出来,被称为渗透泄露,它占总泄露量的10~20%。


三、

当夹紧垫片的总载荷因各种原因减少到几乎等于作用在接头端部的流体静压力时,导致了密封面的分离。这时若增加流体压力,对机械完整性很差的垫片,如操作期间材料发生劣化,则沿垫片径向作用的流体压力会将其撕裂,引起密封流体的大量泄漏,这被称为吹出泄漏,属于一种事故性泄漏。

对于上述第二种情况,通常可通过不同材料的复合或机械组合形式不渗漏性结构,或者使用较大的压紧力使材料更加密实,减少以至消除泄露;而对于第|一种情况和第三种情况,则与垫片材料性质、接头的机械特征密封面的性质与状态、密封流体的特性以及紧固件夹紧程度等有关,它们也是解决垫片密封设计安装使用以及密封失效分析等问题的关键。

垫片密封机理主要由两个部分组成初始密封机理和工作密封机理

密封机理 :

一、初始密封   

垫片用于两个连接件密封面产生初始装配密封和保持工作密封。在理论上,如果密封面完全光滑、平行,并有足够的刚度,它们可以依靠紧固件夹持在一起,无需垫片而达到密封的目的(即无垫密封)。在实际中,连接件的两个密封面总是存在粗糙度,两者也不是绝|对平行的,刚度也有限,加上紧固件柔度不同和排列分散,因此其接受的载荷通常是不均匀的,为了弥补这种不均匀的载荷和相应的变形,在两密封面间插入一垫片,使之适应密封面的不规则性。要产生初始密封的基本要求是压缩垫片,使其与密封面间的产生足够的压力,通常称为垫片预紧应力,也称为初始垫片比压,以阻止介质通过材料本身的渗透,同事保证垫片对连接件有较大的顺应性,即垫片材料受压缩后发生的弹性或弹塑性变形能够填塞密封面的变形,以堵塞界面泄露的通道。


二、工作密封     

当初始垫片应力加在垫片上之后,它必须在装置的设计寿命内保持足够的应力,以维持允许的密封度。因为当接头受到流体压力作用时,密封面被迫发生分离,此时要求垫片能释放出足够的弹性应变能,以弥补这一分离量,并且留下足以波齿密封所需要的工作垫片应力。此外,这一弹性应变能还要补偿装置长期运行过程中任何可能发生的垫片应力的松弛。因为各种垫片材料在长期的应力作用下,都会发生不同程度的应力降低。另外,接头的不均匀热变形,令导致垫片应力的降低或升高;因受热引起紧固件应力的松弛,也会减少作用在垫片上的应力。


关键词: 垫片密封的机理原则           

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