垫片的选择

0.2 x 9.5 mm x 15273 N = 29018 N-mm 或29 Nm (21.5 lb-ft)
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影响密封应用的重要因素
温度－过高的温度会使密封材料受损甚至碎解。 化学作用－活性强的液体或气体和侵蚀分解密封材料。 螺栓－螺栓的扭矩松紧会直接影响垫片的密封性能。 法兰－法兰的材料和设计结构是影响法兰载荷均匀度的重 要因素，其他有关要素包括：
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选择垫片需要考虑的因素
接头分析
• 螺栓压力 • 螺栓挺度 • 法兰挺度 • 介质的化学性 • 内压 • 应用温度
垫片材料性能
• 法兰压力/压缩率的关系 • 泄漏率 • 抗压性能 • 应力松弛(蠕变) • 抗化学性 • 抗温性能
q 测试垫片抗压性能的详细步骤在ASTM F-1574 中有详尽的记载。大致来 说，测试是在150 C (300 F)的状况下进行，测试结果是比较垫片材料样品 在不同应力(压力)的作用下样品面积的变化。垫片的抗压性能以样品的面 积变化达到15%时的加压为度。
q 选择垫片：选用的垫片一定要具有比螺栓的初始压力更高的抗压性能。
螺栓紧度
垫片与法兰 面的平整度
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法兰压力的作用 - 压缩垫片增加密度
内部的孔隙
法兰压力
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法兰压力的作用 - 使垫片与法兰面密切整合
q 测试密封压力- 在不同法兰压力下测 试垫片样品的泄漏率。 • 测试的介质可以是润滑油，燃油、 制冷剂、或如何密封应用的介质。 • 内压为14 psi (0.1 MPa)，测试 温度：常温。 • 法兰面是比较平滑的平整面。
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扭矩＝力矩＝F x L (N.mm,牛顿。厘米）
但是，拧紧螺栓的力矩有50%是用于克服螺栓与法兰孔壁间的摩 擦力，40%是用于克服螺纹与螺纹间的摩擦力，而仅仅10%是直接 作用于密封系统的垫片的法兰压力。而螺栓的大小（直径D, mm） 又会影响螺栓跟法兰孔壁间的摩擦力，所以从扭矩 T (N-mm) 计 算螺栓载荷 L (N) 的方程式包括了 T、L、D 三个函数：
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明确负荷的分布状况
最初负荷分布状况
鉴定法兰面的硬度
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接头内部介质
接头内部介质
法兰压力
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法兰压力的作用 - 防止垫片因内压过高而爆裂
内压
磨擦力 法兰压力
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T = 0.2 x D x L 或 L = T (0.2 x D)
如果整个系统使用n个螺栓，A (mm2)是垫片受法兰面复盖的面 积，则垫片受到的法兰压力是
法兰压力(N/mm2)＝(n x L) / A
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“表观法兰压力”与实质法兰压力
表
观
试验结果
法
兰
压
力
平均读数
实践应用证明，计算出来的 法兰压力只能称为“表观法 兰压力”，因为这里的计算 还是没能完全把把螺栓的摩 擦因素包括，试验证明：真 正的法兰压力还是比“表观 法兰压力”小。
真正法兰压力
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什么是最高持续应用温度
q 最高持续应用温度是垫片产品在正常持续操作环 境下会接触到的最高温度。
q 如果在应用过程中，温度可能会在短暂时间与更 高的温度接触，垫片需同时能承受该更高的温 度，不会因此影响垫片的效能。
螺栓初始载荷(N)
---------------------------
最高法兰垫压片力被螺= 栓复盖的面积(mm2)
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最高法兰压力的测试 (垫片抗压性能)
1) 法兰的加工处理－法兰表面的光滑度直接影响对垫片的厚度 与压缩率的要求。
2) 平坦度－法兰表面的平坦度直接影响法兰附加于垫片的载荷 的均匀性并同时影响对垫片厚度的要求。
内压－应用的内压决定不同应用密封需要的法兰压力。 外在环境因素－包括自然环境因素：如雨雪、阳台、沙 尘，人为环境因素：如车间的机油、涂料、溶剂等。
用的认证工作尽可能由供应商承担。 u 要求供应商提供所有关于垫片产品应用的数据、实例、
应用分析结果，以保证产品应用的可靠性。
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垫片在应用环境中包括的部件
法兰
q 注意：这里的最高法兰压力并未考虑及垫片在应用环境中因温度或震荡而 产生的应力的影响。
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螺栓负荷(载) Bolt Load 的计算
计算最大法兰压力，需要预先知道拧紧螺栓产生的初始载荷。螺 栓的初始载荷的计算，可以使用以下方程式把用板手拧紧螺栓得 出的扭矩读数换算成螺栓初始载荷。然后用螺栓初始载荷除以垫 片被螺栓直接复盖的面积而算出最大法兰压力。
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初始密封压力的测试
注意：如果介质的黏度改变，法兰 面的平滑度改变，达成初始密封需 要的法兰压力会相对改变。
q 密封压力是垫片在应用过程中达成完 全密封和保持完全密封需要的法兰压 力。
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最高法兰压力(MFP)
q 决定最高法兰压力的目的主要是要知道：螺栓 加附给垫片的压力是否在垫片能够承受的抗压 性能的范围内。
q 为能选择在一定应用条件的最佳垫片产品，垫 片在应用环境中承受的最高法兰压力必需预先 决定。
q 垫片产品承受的最高压力可以用以下的简单方 法计算出 - 某一个体螺栓在初启栓紧状况时 得出的螺栓初始载荷除以垫片被螺栓直接复盖 的面积
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选择垫片的三个关键因素
q 垫片需能承受最高的持续应用温度。 q 垫片可以在低于应用环境的法兰压力下达
到完全密封的性能。 q 垫片需能承受高于应用环境的法兰压力
螺栓初始扭矩 (N•m)
螺栓初始载荷 (L) --=-----பைடு நூலகம்-------------------------
螺栓直径 (m.) x 磨擦因数
选择垫片需要综合考虑垫片和接头法兰的结构
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理想的垫片需要有以下的性能
q优秀的密封性能。 q良好的扭矩保持率。 q强韧的物理结构。 q卓越的耐温和抗化学物体性能 。 q稳定的耐久性能 。
如何选用密封垫片
专题讲座
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主机厂商的趋向
u 把解决产品密封的问题交由供应商来负责。 u 部件供应商须负起保证部件密封的责任- 如水泵、进
气岐管。 u 垫片产品的性能要求普遍提高 - 同时要求垫片产品应
例二：已知密封垫片，要决定密封需要的扭矩。 已知垫片在6.9 MPa (1000 psi)可以达到完全密封，从以上图表 可知6.9 MPa (1000 psi)的相应“表观法兰压力”为15.8 MPa (2300 psi)。假定法垫片面积是5800 mm2 (9 in2)，则加附在垫 片的的总压力应为 5800 x 15.8 = 91640 N (20700 lb)，假定 整个密封系统使用 6个X9.5 - 16的系紧螺栓，每个螺栓的负载 量是 91640/6 = 15273 N (3450 lbs)。 使用 T = 0.2xDxL 的方程式，要达到密封需要的扭矩应为
4个螺栓，每个载荷1000 lbs..
法兰压力 = (4 x 1000 lbs.) / ( 9 sq. in.) =444.4 psi
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法兰压力的测量
Ø用扭矩来测量 Ø用压缩锡塞测量 Ø用螺栓的延伸长度测量 Ø用电子压力传感器测量 Ø用压力胶片测量
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法兰压力
法兰压力是 通过法兰面加附于垫片的压力，以单位面积承受的负荷表示： 法兰压力（psi 或MPa)＝法兰总载荷／法兰复盖的面积
法兰面积－4" x 6" 螺栓个数－4 螺栓载荷－每个1000 lbs (英磅）
垫片面积-- (6” x 4”) -(5” x 3”) = 9 sq. in. （平方英寸）
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垫片在应用环境中的最低法兰压力
测试方法：
q富士压力胶片 q电脑软件 q有限元分析法 q其他
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富士压力胶片
C r an k ca se A p p lication P ro d u ction M a terial, 0.4 m m
螺母 螺栓
法兰面
介质
缸体
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密封垫片
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垫片产品在应用状态下承受到的不同作用力
法兰压力
介质的化学 作用
垫片的外在 环境
G垫as片ket
内压与温度
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如何在实践应用中使用法兰压力
例一：如何为已知应用选择密封垫片。 已知应用系统的表观法兰压力为12.1MPa (1750 psi), 从表示可 以得出实质法兰应力为 4.8 MPa (700 psi)。选用的垫片的最低 密封压力必须不能高于 4.8 MPa (700 psi)。
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用螺栓扭矩测量法兰压力
在密封系统中，达到密封的程序是需要对垫片施加法兰压力－ 法兰压力需要达到或超过垫片的密封点。法兰压力依靠拧紧密 封系统的螺栓来加增。测量法兰压力可以通过拧紧螺栓需要的 扭矩来计算。