垫片的密封应力介绍

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常用密封垫片基本知识

常用密封垫片基本知识

常用密封垫片基本知识目录一、密封垫片基本概念 (2)1.1 定义与分类 (2)1.2 应用领域 (3)二、密封垫片材料 (4)2.1 金属密封垫片 (5)2.1.1 钢制垫片 (7)2.1.2 铜制垫片 (8)2.1.3 铝制垫片 (8)2.2 非金属密封垫片 (10)2.2.1 橡胶垫片 (11)2.2.2 聚四氟乙烯垫片 (12)2.2.3 石棉垫片 (13)三、密封垫片结构与形式 (14)3.1 结构特点 (15)3.2 常见形式 (16)3.2.1 平面型密封垫片 (18)3.2.2 凸缘型密封垫片 (18)3.2.3 锥形密封垫片 (20)四、密封垫片设计原则与要求 (21)4.1 设计原则 (22)4.2 设计要求 (23)五、密封垫片安装与维护 (24)5.1 安装方法 (25)5.2 维护保养 (26)六、密封垫片选用与采购指南 (27)6.1 选用依据 (28)6.2 采购建议 (29)七、密封垫片性能测试与评价 (30)7.1 性能测试方法 (32)7.2 性能评价标准 (33)一、密封垫片基本概念密封垫片是一种用于连接两个或多个密封表面的重要机械元件,其主要功能是防止流体或气体在这些表面之间泄漏。

垫片通常由柔软的、可压缩的材料制成,这些材料能够在受到压力时填补接触面之间的微小空隙或不规则性,从而实现有效的密封。

垫片广泛应用于各种工业领域,包括管道系统、阀门、泵、压力容器等。

它们对于确保系统的安全运行和防止泄漏具有至关重要的作用。

密封垫片的基本概念包括其定义、功能、分类以及应用场景等方面。

接下来我们将详细介绍这些基本知识。

1.1 定义与分类密封垫片是一种用于机械密封的设备,其主要作用在于填补设备连接件之间的空隙或缝隙,从而确保流体不会泄露或流出。

它们广泛应用于各种管道、阀门、泵以及其他流体处理设备中。

根据不同的应用环境和需求,密封垫片具有多种类型和特性。

也称为密封垫圈或衬垫,是一种用于静态密封的元件。

石墨缠绕垫垫片系数-概述说明以及解释

石墨缠绕垫垫片系数-概述说明以及解释

石墨缠绕垫垫片系数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容应该是对整篇文章进行引言和概括,介绍石墨缠绕垫垫片系数的重要性和当前研究的背景。

以下是一个可能的概述部分的内容:石墨缠绕垫垫片系数是在工程领域中广泛应用的一个关键参数,它对于确保密封性能和减少泄漏风险起着至关重要的作用。

石墨缠绕垫垫片是一种由柔性石墨纱绕制而成的密封元件,具有高温、高压下良好的密封性能和较强的耐腐蚀性。

在各种工业设备和管道连接中,石墨缠绕垫垫片被广泛应用,以提供可靠的密封效果。

然而,石墨缠绕垫垫片的性能与其所具备的系数密切相关。

石墨缠绕垫垫片系数是一个表示其抗压性、回弹性和稳定性的综合指标,它直接影响着垫片的密封性和使用寿命。

因此,准确地确定石墨缠绕垫垫片系数对于提高设备的可靠性和安全性具有重要意义。

在本篇文章中,我们将探讨石墨缠绕垫垫片系数的定义、重要性以及其影响因素。

首先,我们将介绍石墨缠绕垫垫片的定义和特点,以便更好地理解其性能与系数之间的关系。

接着,我们将探讨石墨缠绕垫垫片系数在不同应用领域中的重要性,并分析其对密封性能的影响。

最后,我们将讨论石墨缠绕垫垫片系数的影响因素,包括材料特性、生产工艺以及使用环境等,以帮助读者更好地了解如何优化石墨缠绕垫垫片的系数值,并提高其性能。

通过本文的研究,我们希望能够为石墨缠绕垫垫片的设计和选择提供有益的参考和指导,以确保工业设备和管道连接的可靠性和安全性。

同时,深入探讨石墨缠绕垫垫片系数的相关知识也有助于推动密封技术的发展和创新,促进工程领域的进步和改善。

1.2 文章结构文章结构部分的内容如下:本文主要分为引言、正文和结论三大部分。

在引言部分,将对石墨缠绕垫垫片的相关内容进行概述,并介绍文章的整体结构和目的。

在正文部分,将详细阐述石墨缠绕垫垫片的定义和特点,以及其在不同领域的应用。

最后,在结论部分,将强调石墨缠绕垫垫片系数的重要性,并分析影响其系数的因素。

引言部分将为读者提供对石墨缠绕垫垫片的整体了解,并明确文章的目的和结构,为后续的内容铺垫。

密封设计手册

密封设计手册

一、密封的分类:1、静密封:(1)根据工作压力:高压静密封、中压静密封、低压静密封(2)根据工作原理:法兰连接垫片密封、自紧密封、研合面密封、O形环密封、胶圈密封、填料密封、螺纹连接垫片密封、螺纹连接密封、承插连接密封、密封胶密封2、动密封:(1)根据密封面间是滑动还是旋转运动:往复密封、旋转密封(2)根据密封件与其做相对运动的零部件是否接触:A.接触式动密封a.按密封件的接触位置:圆周(径向)密封、端面(轴向)密封(机械密封)b.按密封原理:填料密封(毛毡密封、软填料密封、硬填料密封、挤压型密封、唇形密封)、油封密封、涨圈密封B.非接触式动密封:迷宫密封、动力密封(离心密封、浮环密封、螺旋密封、气压密封、喷射密封、水力密封、磁流密封等)C.无轴封密封(隔膜式、屏蔽式、磁力传动式)二、机械密封:机械端面密封是一种旋转传动件密封,是由一对或数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置。

主要部件是动环和静环,一个随主轴旋转,一个固定不动构成机械密封的基本元件:端面摩擦副(动环、静环)、弹性元件(弹簧)、辅助密封(O形圈)、传动件(传动销、传动螺钉)、防转件(防转销)、紧固件(弹簧座、压环、压盖、紧钉螺钉、轴套)静环,又称为非补偿环动环,又称为补偿环由补偿环、弹性元件和副密封等构成的组件称为补偿环组件。

机械密封分类:根据端面接触状态:接触式机械密封、非接触式机械密封、半接触式密封根据静环安装位置:内装式密封、外装式密封根据介质泄漏方向:内流型、外流型根据弹簧元件运动状态:静止式密封、旋转式密封根据密封流体在密封端面引起的卸载程度:平衡型密封、非平衡型密封根据弹性元件的结构和布置:单弹簧式密封、多弹簧式密封、波纹管密封、膜片密封根据密封端面数目:单端面密封、双端面密封、多端面密封根据载荷程度不同:平衡型、非平衡型、过平衡型机械密封计算:1、端面液膜压力:机械密封端面间隙液膜的承载能力。

(1)液膜静压力:当密封间隙有微量泄漏时,由于密封环内外径压差促使流体流动,而流体通过缝隙受到密封面的节流作用,使压力逐步降低Pm=λpPm -------端面上平均液膜静压力,Paλ----液膜反压系数p---密封流体压力(2)液膜动压力:机械密封环端面即使经过精细的研磨加工,在微观上仍存在一定的波动,当两个端面彼此相对摩擦时,由于液膜作用会产生动压效应。

基于螺栓法兰连接系统的垫片应力分析

基于螺栓法兰连接系统的垫片应力分析
DU Ku n,LI U Me i - h o n g
( F a c u l t y o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , K u n mi n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Y u n n a n K u n m i n g 6 5 0 5 0 0 ,
r e q u i r e me n t s , t h e l e a k O c c u r s . Ke y Wo r d s : Bo l t F l a n g e S y s t e m; Ga s k e t ; S t r e s s ; P a r a me t e r i z e d
Ch i n a )
Ab s t r a c t : B a s e d o n t h e s t r e s s c o n c e n t r a t i o n . t h e n o n - l i n e a r c h ra a ct e r i s t i c s o ft h e g a s k e t ma t e r i a l w e l l 哪t h e c o m p o n e n t s

要: 所建立的参数化三维有限元模型, 充分考虑 了法兰螺栓联接 系统的应力集中、 垫片材料非线性特性以及各元件 的
接触非线性 , 研 究了螺栓法兰连接 系统各元件之间的相互作用, 分析了预 紧力、 密封介质 内压力等因素对垫片应力的影响。 结 果表明垫片应力在径向随着节点半径的增大而增大 , 随着预 紧力的增 大而增 大, 随着内压 力的增大而减小, 在周向螺栓 附 近的应力明显大于其 它处应 力。 当垫片最外侧应力低 于了密封所要求的最低应力时, 螺栓 法兰连接 系统发生泄露。 关键词 : 螺栓法兰系统; 垫片 ; 应力 ; 参数化

垫片的相关知识及选型

垫片的相关知识及选型

橡胶石棉垫片用于水管及压缩空气管道法兰时应涂以鱼油 与石墨粉的拌合物,用于蒸汽管道法兰时,应涂以机油与石墨 粉的拌合物。
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3、聚四氟乙烯类垫片 在可能的使用温度范围内(-180~250℃)内几乎不能被 化学药剂和溶剂侵蚀,同时,又可做防电化腐蚀配管的绝缘 垫片。 (1)聚四氟乙烯平垫片:一般适用于凸凹面法兰和带水线的法 兰,不适用于宽面法兰。多用于耐腐蚀的场合。为了达到良 好的密封效果,可在垫片上涂聚四氟乙烯膏。 (2)聚四氟乙烯毡垫片:其化学性质与聚四氟乙烯平垫片相同 。但耐泄露性能、耐压缩性比聚四氟乙烯平垫片优越,可用 于宽面法兰。其密封的最小预紧比压y为11.77-19.6MPa,使 用温度200℃、压力为0.98MPa左右。 (垫片的接触面位于法兰螺栓孔包围的圆周范围内的—窄面法兰 垫片的接触面分布在法兰螺栓中心圆内外两侧的—宽面法兰)
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对焊法兰
松式法兰
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压力容器和管道中常用的法兰密封面型式和特点: 1、突面(RF) 光滑平面,可车制密纹水线。结构简单,加工方便, 便于进行防腐衬里。
接触面积大,预紧时垫片容易往两边挤,不易压紧。
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2、凹凸面(MFM) 凸面和凹面相配合,凹面上放置垫片,防止垫片被挤 出,适用于压力较高。
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增强材料可以是金属薄板或丝网,金属薄板常常采用 冲刺孔的方式以提高增强效果和增加弹性,并通过粘结剂 和辊压将它们贴合在一起。密封元件也可以可设一表面层 或抗粘结处理层来增加密封效果和防止法兰密封面粘结。
外加强环或外环材料均为实体金属,其作用是:对垫 片本体的补强和正确定位,防止过紧压缩失去垫片的回弹 能力并能够防止垫片松散。外加强环不与密封介质接触, 因此不要求耐介质腐蚀,故常常由碳钢材料制成。外加强 环还可以与密封元件制成一体,例如金属齿形垫片、波齿 复合垫片。

垫片的最大压溃应力

垫片的最大压溃应力

垫片的最大压溃应力垫片是一种常用于机械设备中的密封材料,主要用于填补设备之间的间隙,防止液体或气体泄漏。

垫片的最大压溃应力是指在承受最大复合载荷时,垫片受到的最大压缩应力。

这个参数非常重要,因为它直接影响垫片在使用过程中的稳定性和密封性能。

垫片的最大压溃应力与垫片的材料有关。

通常,垫片材料可以分为金属、橡胶、塑料等多种类型。

每一种材料都有其独特的力学性能和化学性质,因此对垫片的最大压溃应力有不同的影响。

金属垫片是最常见的一类垫片材料。

由于金属具有高强度和刚性,因此金属垫片通常具有很高的最大压溃应力。

一般来说,常用的金属垫片材料包括不锈钢、黄铜、铝等。

这些材料通常被用于高压、高温和强腐蚀的环境中。

橡胶垫片是另一种常见的垫片材料。

由于橡胶具有良好的弹性和柔软性,因此橡胶垫片通常具有较低的最大压溃应力。

橡胶垫片可分为天然橡胶、丁基橡胶和丙烯橡胶等多个品种。

这些材料主要用于低压、低温的环境中。

塑料垫片是一种新型的垫片材料。

由于塑料具有良好的韧性、耐磨性和化学稳定性,因此塑料垫片具有很高的最大压溃应力。

常用的塑料垫片材料包括PTFE、聚四氟乙烯等。

这些材料通常被用于高温、强腐蚀的环境中。

当设计垫片时,必须考虑到设备的工作条件和应力情况。

一般来说,垫片应该选择具有合适最大压溃应力的材料,以确保其在使用过程中不会破裂或折叠。

另外,垫片的厚度和外径也应该考虑到,以满足工作条件下的最大复合载荷。

总之,垫片的最大压溃应力是影响垫片使用性能的关键参数之一。

选择合适的垫片材料和设计合理的垫片结构,可以保证垫片在各种恶劣的工作条件下都能良好地发挥其密封性能。

垫片密封连接综合应力加速寿命试验谱的研究

垫片密封连接综合应力加速寿命试验谱的研究
零 部件 的失 效 ( 障 ) 缩 短 试 验 时 间 , 故 , 以便 在 较 短
垫 片 密 封 连 接 广 泛 应 用 于 过 程 工 业 的 压 力 容
器、 管道 和 阀 门上 。过 程 装置 的高效 、 连续 、 全 、 安 长
周 期运 行 埘密封 连 接 的寿命 和 可靠性 提 出了越来 越 亩的要 求 。为 了寻 求 密 封 连 接 的 寿 命 分 布 规 律 , 估 计 其各 项 可靠性 指 标 , 究 其失 效机 理 和失 效原 因 , 研 验证 其设 计 、 用 的正 确性 , 要 进行 寿命 试验 。通 使 都
LI Yu —ya GU n, Bo —qi n
( ol eo c a i l n o e n ier g N nigU i r t o e h o g , a j g2 0 0 , hn ) C l g fMeh n a a dP w rE gnei , aj nv s y f c nl y N ni 10 9 C i e c n n e i T o n a
b et t be t,ad ter alr mo e w r nlzd h a l t ew sb i f ecn et n et e jcs n h i fi e d s eea a e .T efut r a ul o t o n c o s h so u y e t rh i
的必要 资 料 ’ 。对 于较 高 可 靠 性 的 垫 片 密 封 连 接
』 L 月 U晶
系统 , 传统 的 寿命试 验所 需 的时 间很 长 , 甚至 可能 来 不及 做 完寿 命试 验 , 键 零 部 件 就 因为 性 能 落后 而 关 淘 汰 。加 速 寿命 试验 是 在不 改变 产 品失效 机理 的前 提下 , 通过 提 高应 力 水 平 的办 法 , 快 系统 、 置 或 加 装

垫片密封技术及性能

垫片密封技术及性能

压场合。 不足:使用温度、压力较低
2.2 垫片标准
垫片标准包括
垫片的尺寸标准 -国内外 技术要求-国内 试验方法 -国内外
国家标准、国际标准、行业标准、企业标准
GB、ISO、ASTM、API、ANSI、BS、JIS、DIN、EN、JPI等 JB、HG、SHJ等
中国垫片密封标准
石棉橡胶垫片和非金属平垫片标准 聚四氟乙烯包覆垫片标准 缠绕式垫片标准 柔性石墨复合垫片标准 金属包覆垫片标准 金属齿形垫片及金属齿形组合垫片标准 金属环垫标准 垫片试验方法标准
非石棉密封材料试验标准及技术条件 (国内)
GB/T20671.1-2006 非金属垫片材料标准分类体系 GB/T20671.2 -2006 垫片材料压缩率回弹率试验方法 GB/T20671.3 -2006 垫片材料耐液性试验方法 GB/T20671.4 -2006 材料密封性试验方法 GB/T20671.5 -2006 垫片材料蠕变松弛率试验方法 GB/T20671.6-2006 垫片材料与金属表面粘附性试验方法 GB/T20671.7 -2006 非金属垫片材料拉伸强度试验方法 GB/T20671.8 -2006 非金属垫片材料柔软性试验方法 GB/T20671.10 -2006 垫片材料导热系数测定方法 GB/T9129-2003 管法兰用非金属平垫片 GB/T 17727-1999 船用法兰非石棉材料垫片
– 修订为 GB/T 17727 船用法兰非金属垫片 GB/T 22208-2008 船用垫片用非石棉纤维增强橡胶板试验方法 GB/T 22209-2008 船用垫片用非石棉纤维增强橡胶板 CB/T 3589-1994船用阀门非石棉材料垫片及填料
2.3 垫片选用 垫片选用的基本原则
相配法兰的密封面型式和尺寸; 法兰及垫片的公称直径; 法兰及垫片的公称应力; 流体介质的温度; 流体介质的性质。 其它因素 良好的压缩回弹性能,适应温度及压力的波动; 良好的塑性,能与法兰密封面很好的贴合; 不污染工艺介质; 有足够的强度,不因工作介质压力和紧固力而造成破坏; 低温不硬化,收缩量小,高温不易软化,抗蠕变性能好; 加工性能好,安装方便; 不粘结法兰密封面,拆卸容易。

垫片的四项内容

垫片的四项内容

一、垫片的常用术语1.有效宽度:法兰螺栓预紧后,被压紧部分的宽度叫基本密封宽度。

以bo表示(不同垫片具体数值可查阅GB/T 17186-1997)。

真正能起密封作用的垫片的宽度,称为垫片有效密封宽度,以b表示,其值按以下规定计算:当bo≤6.4mm时,b=bo;当bo>6.4mm时,b=2.53 bo 1/2。

2.压缩率:指加载压缩后垫片厚度的变化百分比,它表征了垫片刚性。

3.回弹率:指压缩载荷卸除后垫片厚度的回复百分比。

它表征了垫片自补偿能力。

4.泄漏率:指在标准试验条件下,介质流体每秒钟通过垫片的泄漏量。

它表征了垫片对介质流体的密封能力。

5.最小预紧应力:压紧垫片使之产生变形从而填满法兰密封面间的微间隙所需要的最小应力,也称最小预紧比压,用符号y标示(各材质垫片具体数值可查阅GB/T 17186-1997)6.应力松弛:垫片在使用一段时间后,作用在垫片上的压紧力随垫片减薄而逐渐减小,这种应力减小的现象被称为应力松弛。

7.蠕变松弛:在螺栓法兰垫片连接中,垫片应力是由螺栓伸长转换成垫片应力的,因而垫片厚度的改变会引起螺栓伸长的变化,同时也改变了垫片应力,这种垫片螺栓的相互作用被称为蠕变松弛。

8.界面泄漏:垫片压紧力不足、法兰密封面粗糙、管道热变形、振动等造成垫片与法兰密封面之间贴合不严密,从而发生的泄漏。

9.渗透泄漏:非金属垫片使用中介质通过材料内部的空隙渗透出垫片的种类及特点垫片的验收标准四、垫片选型标准垫片类型结构、尺寸公差、性能、制造执行标准检验执行标准金属缠绕垫HG/T20610、HG/T20631、SH3407 JB/T7758.2、JB/T 6618、GB/T27793、GB/T12621、GB/T12622、GB/T12385金属波齿复合垫片GB19066-3 GB19066、GB/T12621、GB/T12622、GB/T12385金属齿形复合垫片HG/T20611 HG/T20611-2009、GB/T2520、GB/T3280、GB/T12622、GB/T 12621、GB/T 12385、GB/T 19675.2 金属包覆垫片HG/T20609、HG/T20630 GB/T 12622、GB/T 12385、GB/T 15601金属环垫SH3407 GB 699、GB 1220、JB 4726-4728、GB/T222、GB/T230.1、 GB/T 231.1非金属平垫SH3401 GB/T 12622、GB/T 12621、GB/T 12385聚四氟乙烯包覆垫片HG/T20607 SH3402、GB/T 12621、GB/T 12385附件二:表1常用接管法兰垫片选用表介质法兰公称压力MPa工作温度℃法兰型式垫片备注优先推荐允许使用材料油品、油气、溶剂*、石油化工原料及产品、一般化工介质1.6≤200 平焊(光)金属缠绕垫无石棉纤维橡胶垫、柔性石墨复合垫无石棉纤维橡胶板当介质为易燃、易爆、有毒或强渗透性时,采用凹凸面法兰201~250 对焊(光)金属缠绕垫柔性石墨复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)2.5≤200 平焊(光)金属缠绕垫无石棉纤维橡胶垫无石棉纤维橡胶板201~350 对焊(光)金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)351~450 对焊(光)金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)451~530 对焊(光)金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)4.0≤40 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)41~350 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr13(06Cr18Ni9等)钢带+石墨351~450 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)视情况可用0Cr17Ni12Mo2 451~530 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)6.410.0≤450对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属齿形垫、金属波齿复合垫10、06Cr13、06Cr18Ni9 视情况可用0Cr17Ni12Mo2 对焊(梯形槽) 金属环垫10、06Cr13、06Cr18Ni9451~530对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属齿形垫06Cr13、06Cr18Ni9、06Cr17Ni12Mo2对焊(梯形槽) 金属环垫06Cr13、06Cr18Ni99、06Cr17Ni12Mo2低温油气 4.0 -20~0 对焊(光)金属缠绕垫柔性石墨复合垫石墨+金属骨架(10、06Cr13、06Cr18Ni9等)压缩空气 1.0 ≤150 平焊(光)橡胶垫无石棉纤维橡胶板惰性气体1.0 ≤60 平焊(光)橡胶垫无石棉纤维橡胶板4.0 ≤60对焊(光、凹凸)缠绕垫柔性石墨复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)10.0 ≤60对焊(凹凸) 缠绕垫金属齿形垫10、06Cr13对焊(梯形槽) 金属环垫10、06Cr13液化石油气1.6 ≤50 对焊(光)金属缠绕垫石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)2.5 ≤50 对焊(光)金属缠绕垫06Cr18Ni9钢带+石墨、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)续表145续表1介质法兰公称压力MPa 工作温度℃ 法兰型式垫 片 优先推荐 允许使用 材 料 蒸汽 0.3MPa 1.0 平焊(光) 平焊(光) 无石棉纤维橡胶垫 石墨复合垫 无石棉纤维橡胶板 1.0 MPa 1.6 对焊(光) 对焊(光) 金属缠绕垫 金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨带、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9) 2.5 MPa 4.0 对焊(光) 对焊(凹凸) 对焊(光) 对焊(凹凸) 金属缠绕垫 金属波齿复合垫 06Cr18Ni99钢带+石墨带、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9)3.5MPa6.4 对焊(凹凸) 对焊(凹凸) 金属缠绕垫 金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨带、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9) 10.0 对焊(梯形槽) 对焊(梯形槽)金属环垫 06Cr13、06Cr18Ni9氢气、氢气与 油气混合物 4.0 ≤250 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属齿形垫、金属波齿复合垫 06Cr18Ni9钢带+石墨带、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9) 251~450 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属齿形垫、金属波齿复合垫 06Cr18Ni9钢带+石墨带、石墨+金属骨架(06Cr18Ni9) 451~530 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属齿形垫、金属波齿复合垫 06Cr18Ni9钢带+石墨带、06Cr18Ni9、06Cr17Ni12Mo2 6.410.0 ≤250 对焊(凹凸) 金属缠绕垫金属齿形垫、金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨带,06Cr18Ni9、06Cr13、10对焊(梯形槽)金属环垫251~400 对焊(凹凸) 金属缠绕垫 金属齿形垫、金属波齿复合垫06Cr18Ni9钢带+石墨带06Cr18Ni9、06Cr13对焊(梯形槽) 金属环垫401~530 对焊(凹凸) 金属缠绕垫 金属齿形垫06Cr18Ni9钢带+石墨带,06Cr18Ni99、06Cr17Ni12Mo2 对焊(梯形槽)金属环垫介 质 法兰公称压力MPa 工作温度℃ 法兰型式 垫 片优先推荐 允许使用 材 料 对焊(梯形槽) 金属环垫79%~98%硫酸 0.6 ≤120 平焊(光) 橡胶垫 无石棉纤维橡胶板、耐酸碱橡胶板 稀硝酸≤55% ≤50 扩口活套 聚四氟乙烯包覆垫 聚四氟乙烯+无石棉纤维橡胶板浓硝酸≥93%≤86 铝管口翻边 聚四氟乙烯包覆垫 聚四氟乙烯+氯丁橡胶 硝酸60%~93% <60 耐酸钢平焊 聚四氟乙烯垫 聚四氟乙烯+无石棉纤维橡胶板 酸 渣 0.6 ≤120 平焊(光) 橡胶垫 无石棉纤维橡胶板10%~40%碱渣 1.0 ≤50 平焊(光) 橡胶垫 无石棉纤维橡胶板 氨 2.5 ≤150 平焊(凹凸) 金属缠绕垫 无石棉纤维橡胶板 对焊(凹凸) 金属缠绕垫 石墨+金属骨架(10、06Cr13) 水0.6MPa 0.6 ≤100 平焊(光) 橡胶垫 无石棉纤维橡胶板表2金属环垫和金属平垫选用67法兰密封面材质金属平垫/金属环垫材料牌号最高使用温度℃最大硬度HB相关技术要求10#、20# 软铁 450 901、金属垫材料硬度值宜比法兰材料硬度值低HB30-40。

螺栓法兰接头安全密封技术(四)——垫片应力

螺栓法兰接头安全密封技术(四)——垫片应力
从事化工设备、压力管道标准化工作 。
化 工 设 置 与 鼍 谩
第 50卷第 3期
a.室 温
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
b.165
图3 某压缩非石棉纤维橡胶板垫片的蠕变松 弛曲线
Fig.3 Creep relaxation curve of a non asbestos f iber rubber gasket
半金 属垫 片是 由非 金属 材料 和金属材 料组合 而 成 的,其常温蠕变松弛行为主要 与垫片 中非金属材料 的种类 以及厚度有关 。图 5为具 有柔性石墨覆盖层的 金属包 覆垫片 (a)和具有柔性石 墨覆盖层 的齿 形垫 片 (b)的密 封实验结 果 [3】。由图可见 ,虽然两 种垫 片覆盖 的柔性石墨层厚度相 同,但金属包覆垫 片内的
螺栓法 兰接头 的泄漏 途径 ,一个 是通 过垫 片 内 部 的渗透泄漏 ,另一个是通过垫片与法兰密封面之间 缝 隙的界面泄漏 。其 中,界面泄漏是控制法兰接头泄 漏 的关键 。在控制螺栓法 兰接头泄漏方面,垫片应力 的作用在于 以下几个方 面:
(1)通过 垫片 的压缩 变形 ,填充 并堵 塞法 兰密 封表面的不平整或表面缺陷而造成 的泄漏通道 。
螺 栓 法 兰接 头 的强 度 是 由各 组成 元 件 (法 兰 、 垫片和紧固件 )的许用强度决定 的,按法兰标 准规定 的压力 一温度额 定值选 取或按设计规范进行强度校核 确定 。保证螺栓法 兰接头 的密封性 能 ,垫片是核心 。 因为螺 栓法 兰接 头是通 过螺栓提 供足 够 的预紧力 压 缩垫 片 ,在垫 片 的密封接 触面上 产生 足够 的压缩 应 力 ,才能获得有效 的密封 。不 同材料和类型的垫片达 到密封设计要求所需要 的应力不 同,如 软垫片 ,要求 的密封应 力相对 较低 ,金属垫 片需要 的密 封应力 较 高 ,垫片的这种密封应力被称为垫片应力 。垫 片应力 可分 为垫 片预 紧应力和垫片工作应力 。垫片预紧应力 是在法兰接头安装 阶段 ,通过预 紧螺栓而施加在垫片

垫片的相关知识及选型报告

垫片的相关知识及选型报告

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缠绕式垫片按其结构不同可分为四种型式:基本型、 带内环型、带定位环型、带内环和定位环型。
填充带 金属带
基本型
缠绕式垫片的选择和使用方法: a、基本型垫片适用于榫槽面法兰 b、内环型垫片适用于凹凸面法兰 c、定位环型垫片适用于平面和突面法兰
d、内环和定位环型垫片适用于平面和突面法兰
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2、金属包石棉垫片
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3、榫槽面(TG) 槽中垫片不被挤动。 螺栓力较小。获得良好的密封效果。
结构较复杂,更换垫片较困难。
榫面容易损坏, 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 压力不大时,即使直径较大,也能很好密封。
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4、全平面(FF)与环连接面(RJ) 全平面密封适合于压力较小的场合(PN≤1.6MPa); 环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上,适用压力 范围为(6.3MPa≤PN≤25.0MPa)
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3、“O”型垫片 “o”型空心金属环垫用于高温、高压、超真空、超低温的 场合和不能使用金属材料的场合。
“o”型金属环垫的种类有单纯型、开孔型、充压型。
除了上述的垫片之外,还有平形、波形、透镜形等金 属垫片,平时少见不一一介绍。
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石棉橡胶垫片
聚四氟乙烯垫片
金属缠绕垫片(spiral wound gasket)
( 1 )平行金属包石棉垫片:适用于不超过 450℃的蒸汽、空 气、气体、油等管线。
( 2 )波形金属包石棉垫片:适用于不超过 450℃的蒸汽管线 。 ( 3 )半金属包石棉垫片:适用于 450 ℃的蒸汽、空气、气体 、油。 (4)特殊金属包石棉垫片:主要用于蒸汽、油等长输管线。 (5)平行双金属包石棉垫片:主要用于高温耐油场合。
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2、金属齿形垫片 金属齿形垫片密封表面接触区的 V 形筋形成许多具有 压差的空间线接触,所以密封可靠,使用周期长。缺点是 在每次更换垫片时,都要对两法兰密封面进行加工,因而 费时费力。另外,垫片使用后容易在法兰密封面上留下压 痕,故一般用于较少拆卸的部位。

垫片的许应力

垫片的许应力

垫片的许应力垫片的许应力指的是垫片能够承受的应力极限,通常由垫片的材料、厚度、工作温度、压力等参数决定。

在选择垫片时,需要综合考虑垫片的许应力、工作条件等因素,以确保垫片的安全性和可靠性。

垫片的许应力计算公式为:P = K * (σ/S) * (d/t) * (p/p0)其中,P为垫片许用压力(单位为Pa),σ为垫片材料在20℃下的抗拉强度(单位为Pa),S为垫片材料的泊松比,d为垫片内径(单位为m),t为垫片厚度(单位为m),p为设计压力(单位为Pa),p0为垫片承受的真空度(单位为Pa),K为安全系数。

在实际应用中,为了确保垫片的安全性,通常取较小的许用压力值。

此外,对于一些特殊的垫片材料和工况,还需要考虑其他的因素,如垫片的热膨胀系数、耐腐蚀性等。

总之,选择合适的垫片并正确地使用它对于设备的正常运行和安全性至关重要。

因此,在实际应用中,需要充分考虑各种因素,以确保垫片的选择和使用是安全可靠的。

垫片的参数除了许应力外,还包括垫片的材质、规格、尺寸、使用温度、工作压力等。

垫片的材质有很多种,如丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、三元乙丙橡胶等,不同材质的垫片具有不同的耐温、耐腐蚀等性能,需要根据实际需求进行选择。

垫片的规格和尺寸需要根据设备的接口和安装要求进行选择,一般会根据厂家提供的尺寸进行选择。

使用温度和工作压力是选择垫片的重要参数,不同材质的垫片具有不同的使用温度和压力范围,需要综合考虑设备的实际运行条件进行选择。

此外,垫片的安装方式和紧固力也是需要考虑的因素,如果安装方式和紧固力不合适,可能会导致垫片移位或松动,影响设备的密封性能和安全性。

总之,选择合适的垫片并正确地安装使用它,对于设备的正常运行和安全性至关重要。

因此,在实际应用中,需要充分考虑各种因素,以确保垫片的选择和使用是安全可靠的。

垫片的最大压溃应力

垫片的最大压溃应力

垫片的最大压溃应力引言垫片是一种常见的密封材料,广泛应用于各种机械设备和工程结构中。

垫片的主要作用是填补两个接合面之间的微小间隙,以防止液体或气体的泄漏。

在实际应用中,垫片的最大压溃应力是一个重要的性能指标,直接关系到垫片的密封效果和使用寿命。

什么是垫片的最大压溃应力垫片的最大压溃应力是指垫片在受到垫圈压力作用下,承受最大压力时产生破坏的应力值。

通常情况下,垫片在应用中承受的压力是变化的,而最大压溃应力是指在所有可能压力下,垫片首先破坏的应力值。

影响垫片最大压溃应力的因素垫片的最大压溃应力受多种因素的影响,其中包括:1. 垫片材料的性质垫片材料的性质是影响最大压溃应力的主要因素之一。

不同材料具有不同的强度、硬度和弹性模量等物理性能,这些性能直接影响垫片的最大压溃应力。

常见的垫片材料包括橡胶、金属、塑料等,它们具有不同的压溃应力和变形特性。

2. 垫片的厚度垫片的厚度也会对最大压溃应力产生影响。

厚度较大的垫片在承受相同压力时,由于其更大的受力面积,其最大压溃应力通常会相对较小。

相反,厚度较小的垫片则容易在受到压力作用下产生破坏,具有较大的最大压溃应力。

3. 垫片的形状垫片的形状也会对最大压溃应力产生一定影响。

不同形状的垫片在受力时,其内部应力分布和约束程度不同,从而导致最大压溃应力的差异。

例如,柱形垫片在受到均匀压力时具有较小的最大压溃应力,而圆形或其他复杂形状的垫片则可能具有较大的最大压溃应力。

垫片的最大压溃应力的计算方法为了确定垫片的最大压溃应力,可以采用以下计算方法:1. 按照材料的压溃强度计算根据垫片材料的压溃强度和应力分析理论,可以计算出垫片在受到特定压力时的最大压溃应力。

这种方法需要知道垫片材料的物理性质和强度参数,并进行相关的应力分析计算。

2. 实验测定法通过实验手段测定垫片在受到不同压力下的最大压溃应力。

实验中可以采用压力试验机等设备,对垫片进行静力或动力加载,观察垫片在不同压力下的破坏形态和应力情况,进而确定最大压溃应力。

垫片系数表

垫片系数表

垫片系数表垫片是一种常见的密封元件,广泛应用于各个领域。

而垫片的性能则直接关系到密封的效果。

垫片系数表是一种用于指导垫片选型的工具,它记录了不同材料、尺寸和工况下垫片的性能参数。

本文将围绕垫片系数表展开讨论,介绍垫片的基本概念、分类以及垫片系数表的使用方法。

一、垫片的基本概念和分类垫片是一种介于两个相互连接的工件之间的密封材料,用于填充工件间的间隙,防止液体或气体泄漏。

垫片的主要作用是承受压力,填补不平整的表面,实现密封效果。

根据不同的工作条件和要求,垫片可以分为多种类型,常见的有橡胶垫片、金属垫片、非金属垫片等。

二、垫片系数表的作用和使用方法垫片系数表是一个记录了不同垫片性能参数的参考表格。

它可以帮助工程师和用户根据实际工况选择合适的垫片材料和尺寸,以确保密封效果。

垫片系数表通常包含以下几个方面的参数:1. 压缩率:垫片在受到压力时的变形程度。

压缩率越大,垫片的密封效果越好,但也会增加垫片的应力和变形。

2. 密封性能:垫片的密封效果,通常以泄露量来衡量。

泄露量越低,垫片的密封效果越好。

3. 耐温性:垫片能够承受的最高温度。

不同材料的垫片具有不同的耐温性能,需要根据实际工况选择合适的材料。

4. 耐腐蚀性:垫片对不同介质的耐腐蚀性能。

不同介质具有不同的腐蚀性,需要选择具有良好耐腐蚀性的垫片。

使用垫片系数表时,首先需要确定实际工况下的工作压力、温度和介质等参数。

然后根据这些参数在垫片系数表中找到相应的材料和尺寸。

根据实际要求,可以选择合适的垫片材料和尺寸。

三、垫片系数表的局限性和注意事项垫片系数表是一种很有用的工具,但也有一些局限性和注意事项需要注意。

垫片系数表只是一种参考工具,具体的选型还需要考虑实际工况、要求和经验等因素。

因此,在使用垫片系数表时,需要综合考虑各种因素,做出合理的选择。

垫片系数表中的参数并不是绝对准确的,只是经验值或测试数据的统计结果。

因此,在实际应用中,可能会存在一定的误差。

因此,需要根据实际情况进行调整和修正。

垫片应力松弛率

垫片应力松弛率

垫片应力松弛率
垫片应力松弛率是指垫片在高温时受到应力作用后随时间逐渐减小的程度。

由于高温下垫片材料的热膨胀系数较大,当垫片受到应力时,会发生塑性变形使应力减小,这个过程称为应力松弛。

垫片应力松弛率是指单位时间内垫片应力减小的百分比。

垫片应力松弛率可以通过实验测量或者数值模拟来确定。

实验方法通常是将垫片置于高温环境下,并施加一定的应力,然后测量垫片应力随时间的变化。

数值模拟方法则是利用有限元分析等方法,在计算机上模拟垫片在高温下的应力变化过程。

垫片应力松弛率的大小取决于垫片材料的性质,如弹性模量、屈服强度等,以及高温下的工作条件,如温度、压力等。

对于一些使用温度较高、工作条件较严苛的场合,垫片应力松弛率的考虑十分重要,可以用来评估垫片的使用寿命和性能稳定性。

垫片的密封应力解析

垫片的密封应力解析

螺栓法兰接头安全密封技术(四)——垫片密封应力——摘要:在法兰接头设计或选用中,垫片虽然成本相对较低,但在保证连接密封性能、控制泄漏要求方面起着重要的作用。

人们往往容易将泄漏的原因集中在垫片上,当然有垫片本身的原因,但更多的是法兰连接系统的设计或选用中存在的许多问题,最后通过垫片密封应力的降低表现了出来。

在法兰接头安装过程以及后续的各种使用过程中,垫片密封应力的大小和变化受到众多因素的影响。

当垫片的密封应力降低到低于设计要求的基准值时,其结果是导致法兰连接的密封失效、发生泄漏。

本文分析了引起垫片密封应力降低的影响因素及其原因,介绍了估算方法,提出要减小弥补这样的影响,维持法兰接头的密封状态,初始安装螺栓载荷应足够大。

同时螺栓也要有足够的强度,能承受相应的拉伸载荷及其可能的增加量。

前言螺栓连接法兰接头的强度和密封性能对于承压设备/装置以及管道系统的正常、安全运行非常重要。

法兰连接强度的保证,在承压设备行业(包括锅炉、压力容器、压力管道)长期以来都非常重视,当然这很重要,但对于其密封性能的保证或评估国内却较少有研究。

螺栓垫片法兰连接的泄漏途径,一个是通过垫片内部的渗透泄漏,另一个是通过垫片与法兰密封面之间的间隙的界面泄漏,界面泄漏是最难对付的。

通常,我们考虑通过选用不同材料和类型垫片用于不同的设计工况条件以及在垫片表面途密封剂量等方法,达到减少/控制泄漏的目的。

要控制法兰接头的泄漏,仅仅通过采用各种措施消除垫片与法兰密封面之间的间隙/泄漏通道是远远不够的,最重要的是无论在安装阶段、还是各种使用过程中,当螺栓/垫片有蠕变松弛产生、当有介质压力等外载荷/温度等作用下,垫片与法兰密封面上必须始终保持/维持有足够的压缩应力,本文称之为“垫片密封应力”。

所以,法兰接头的强度和密封需要通过螺栓提供足够的夹紧力和垫片密封应力,来承受介质压力或各种外载荷,保证垫片的密封应力在安装以及随后的各种工况条件下都维持在设计要求的基准值以上,才能获得有效的密封、控制泄漏。

垫片预压紧和操作力

垫片预压紧和操作力

GB150‎垫片预压紧‎力和操作所‎需力计算公‎式的解释1、与垫片的密‎封条件有关‎系:垫片强制密‎封有两个条‎件:即预密封条‎件和操作密‎封条件。

密封条件的‎意义是:法兰的密封‎面不管经过‎多么精密的‎加工,从微观来讲‎,其表面总是‎凹凸不平的‎,存在沟槽。

这些沟槽可‎成为密封面‎的泄漏通道‎。

因此必须利‎用较软的垫‎片在预紧螺‎栓力作用下‎,使垫片表面‎嵌入到法兰‎密封面的凹‎凸不平处,将沟槽填没‎,消除上述泄‎漏通道。

为此在垫片‎单位有效密‎封面积上应‎有足够的压‎紧力。

此单位面积‎上的压紧力‎,称为垫片的‎密封比压力‎(单位为 MPa),用 y 表示。

不同的垫片‎有不同的比‎压力。

垫片材料愈‎硬,y 愈高。

操作密封条‎件的意义是‎:经预紧达到‎密封条件的‎密封面,在内压作用‎下,由于压力的‎轴向作用,密封面会产‎生分离,使垫片与密‎封面间的压‎紧力减小,出现微缝隙‎,内压介质有‎可能通过缝‎隙产生泄漏‎。

为保证其密‎封,必须使垫片‎与密封面间‎保持足够大‎的流体阻力‎,只有当其阻‎力能大于由‎介质内外压‎差引起的推‎动力时,垫片方能密‎封而不产生‎泄漏。

由于垫片与‎密封面间的‎流体阻力与‎垫片压紧力‎成正比,为此在垫片‎与密封面间‎必须保持足‎够大的压紧‎力,以确保其缝‎隙足够的小‎而使流体阻‎力足够的大‎。

使垫片与法‎兰密封面间‎保持足够大‎的阻力使密‎封面不发生‎泄漏时,施加于垫片‎单位有效密‎封面积上的‎压紧力与其‎内压力的比‎值,称为垫片的‎垫片系数,以 m 表示。

不同的垫片‎有不同的 m 值,且 m 随垫片的硬‎度增大而增‎大。

垫片在螺栓‎预紧时承受‎最大的压紧‎力,有可能被压‎缩成塑性变‎形而失去回‎弹能力,当法兰密封‎面在介质压‎力作用下产‎生分离时,垫片不能产‎生回弹去“贴紧”密封面,使其间不能‎保持足够的‎接触力(即垫片压紧‎力)而引起泄漏‎。

因此,垫片在预紧‎时,既要压紧以‎使其单位有‎效密封面积‎上的压紧力‎不小于 y 值,又不能使其‎压紧力过大‎以防止被压‎成塑性变形‎。

管法兰用垫片密封性能试验方法-最新国标

管法兰用垫片密封性能试验方法-最新国标

管法兰用垫片密封性能试验方法1范围本文件规定了管法兰用垫片密封性能的A、B、C三种试验方法。

本文件的三种试验方法均适用于非金属平垫片(无或有嵌入物),包括由橡胶板、非石棉橡胶板、软木橡胶板、聚四氟乙烯板、膨胀或改性聚四氟乙烯板、柔性石墨板(无或有金属薄箔或冲刺薄板增强)等切割而成的垫片;半金属垫片,即非金属与金属材料复合的成型垫片,包括缠绕式垫片、金属包覆垫片、具有覆盖层(柔性石墨或聚四氟乙烯等)的齿形金属、波形金属或波齿形金属垫片;聚四氟乙烯包覆垫片;金属平垫片。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T15823无损检测氦泄漏检测方法3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。

4试验方法A4.1试验装置4.1.1试验在专用的垫片综合性能试验装置上进行。

试验装置由垫片加载系统、介质供给系统、测漏系统及试验法兰等组成,如图1所示。

4.1.2垫片加载系统应能提供规定的垫片预紧应力并能控制恒定的加载、卸载速度。

试验过程中垫片预紧应力的波动应在规定值的±2%范围之内。

当垫片预紧应力≤35MPa时,加载、卸载速度为0.2MPa/s;当垫片预紧应力>35MPa时,加载、卸载速度为0.5MPa/s。

4.1.3试验介质供给系统应能提供规定的试验介质压力。

试验过程中介质压力的波动应在规定值的±2%范围之内。

4.1.4泄漏率测量采用集漏空腔增压法,泄漏率计算基于理想气体定律。

在垫片外侧、上下法兰面间应经严格标定。

测漏系统分辨率应不低于10-5cm3/s。

设置一个密闭的环形测漏空腔,测漏空腔的容积Vc4.1.5试验法兰采用模拟法兰,密封面为突面。

试验法兰应具有足够的刚度,以确保能承受加载载荷,并不发生因压板变形而影响垫片表面应力的情况。

各种垫片图片及参数

各种垫片图片及参数

密封垫片的选型/ (2004-9-13 12:24:46) --密封技术任何一种类型的垫片,在恶劣的使用环境中,要保证长时间的有效密封,都必须具备以下八个重要特性:垫片的气密性对于密封系统的介质,垫片在推荐的温度和压力工作一定时间内不发生泄露。

垫片的可压缩性垫片和法兰的接触面在连接螺栓紧固后,应能很好吻合,以保证密封。

垫片的抗蠕变性垫片在压力负荷和使用温度的影响下,抗蠕变性应较好,否则回造成螺栓扭距损失,导致垫片的表面应力减小,从而硬气系统泄露。

垫片的抗化学腐蚀所选用的垫片应不受化学介质的腐蚀,而且不能污染介质。

垫片的回弹性即使在系统稳定的状况下,相连接的两个法兰由于温度和压力的影响肯定会存在微小位移,垫片的弹性功能应能弥补此位移,以保证系统的密封性。

垫片的抗黏接性垫片在使用后应能方便的从法兰上拆除,不粘接垫片的无腐蚀性垫片应对连接的法兰表面无腐蚀性。

垫片的耐温度所选用的垫片应保证在系统的最低温度和最高温度下正常使用。

金属缠绕垫片、外缠绕内加强垫片、内缠绕外加强垫片、内外加强垫片四种,其实就是基本型、内加强型、外加强型、内外加强型。

具体应用:基本型-------榫槽面及凹凸面法兰内加强型-----凹凸面法兰外加强型-----平面及凸面法兰内外加强型---平面及凸面法兰密封件选用参考垫片的安装/ (2004-9-13 12:24:46) --密封技术垫片的安装:保证系统的密封除了要有好的密封材料外,还要按照以下正确的安装方式:1、垫片必须安放在法兰的正中心,在突面法兰上尤为重要;2、保证密封面的平整度和加工精度;3、必须均匀对称的紧固连接螺栓;4、必须使用弹簧垫圈以保证负荷均匀,紧固螺栓时使用扭力矩扳手;5、在系统运行一天后,检查和重新校正连接螺栓的扭矩;6、为保证垫片使用寿命,请不要使用液体或金属基体的防粘剂或润滑剂。

垫片使用失败原因/ (2004-9-13 12:24:46) --密封技术1.辅助备件 2.垫片原料- 初装压力欠缺- 旧垫片的二次使用- 螺栓负载不平- 与介质不相容- 螺栓上的螺纹损坏- 不适合工矿条件- 错误的螺栓- 使用不相配的复合物- 法兰面未对准 - 尺寸不当- 高泄露率3.设计因素4.法兰- 螺栓负载不足 - 表面破损- 负载过量-工作面不平- 法兰与螺栓的错误选用各种垫片:石墨复合垫片型号:G2100产品说明:石墨复合垫片又叫增强石墨垫片或高强石墨垫片是从增强石墨板打孔或切割而成的,它具有良好的防腐蚀性,耐高/低温,良好的压缩回弹性和高强度性。

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螺栓法兰接头安全密封技术(四)——垫片密封应力——摘要:在法兰接头设计或选用中,垫片虽然成本相对较低,但在保证连接密封性能、控制泄漏要求方面起着重要的作用。

人们往往容易将泄漏的原因集中在垫片上,当然有垫片本身的原因,但更多的是法兰连接系统的设计或选用中存在的许多问题,最后通过垫片密封应力的降低表现了出来。

在法兰接头安装过程以及后续的各种使用过程中,垫片密封应力的大小和变化受到众多因素的影响。

当垫片的密封应力降低到低于设计要求的基准值时,其结果是导致法兰连接的密封失效、发生泄漏。

本文分析了引起垫片密封应力降低的影响因素及其原因,介绍了估算方法,提出要减小弥补这样的影响,维持法兰接头的密封状态,初始安装螺栓载荷应足够大。

同时螺栓也要有足够的强度,能承受相应的拉伸载荷及其可能的增加量。

前言螺栓连接法兰接头的强度和密封性能对于承压设备/装置以及管道系统的正常、安全运行非常重要。

法兰连接强度的保证,在承压设备行业(包括锅炉、压力容器、压力管道)长期以来都非常重视,当然这很重要,但对于其密封性能的保证或评估国内却较少有研究。

螺栓垫片法兰连接的泄漏途径,一个是通过垫片内部的渗透泄漏,另一个是通过垫片与法兰密封面之间的间隙的界面泄漏,界面泄漏是最难对付的。

通常,我们考虑通过选用不同材料和类型垫片用于不同的设计工况条件以及在垫片表面途密封剂量等方法,达到减少/控制泄漏的目的。

要控制法兰接头的泄漏,仅仅通过采用各种措施消除垫片与法兰密封面之间的间隙/泄漏通道是远远不够的,最重要的是无论在安装阶段、还是各种使用过程中,当螺栓/垫片有蠕变松弛产生、当有介质压力等外载荷/温度等作用下,垫片与法兰密封面上必须始终保持/维持有足够的压缩应力,本文称之为“垫片密封应力”。

所以,法兰接头的强度和密封需要通过螺栓提供足够的夹紧力和垫片密封应力,来承受介质压力或各种外载荷,保证垫片的密封应力在安装以及随后的各种工况条件下都维持在设计要求的基准值以上,才能获得有效的密封、控制泄漏。

在法兰接头设计选用中,虽然垫片的成本相对较低,但垫片是个核心的问题,在保证连接密封性能、控制泄漏达到设计要求中起重要的作用。

由于螺栓连接法兰接头的强度和密封性能受到诸多因素的影响,其复杂的力学和变形关系,涉及到一个专题领域,要消除/控制法兰接头的泄漏是困难的。

为了保证安全使用、控制泄漏,垫片必须正确选用设计、保证质量、正确地安装,在任何工况条件下法兰密封面和垫片接触表面之间应具有足够的压紧应力。

所以,垫片的密封应力(= 总的螺栓载荷力/垫片的压缩面积)是法兰接头密封设计/选用的关键性能参数。

1、垫片的蠕变松弛非金属垫片中,包括半金属垫片用填充材料或覆盖层,经常使用合成橡胶、PTFE等各种弹性材料。

这类材料的特点之一,是具有不同程度的蠕变松弛特性,它与温度、时间、初始应力水平、密封材料厚度等多种因素有关。

对于法兰接头,经常遇到垫片的蠕变松弛问题。

当安装/预紧达到密封设计要求的垫片,随着时间的推移,由于垫片的蠕变松弛行为,垫片密封面的压缩应力会降低/减少,并影响法兰接头的刚度。

当应力值下降到某一临界值以下时,即出现连接的密封失效或泄漏。

尤其在高温下长期使用,对垫片密封应力降低的影响更加明显(表1,缠绕垫片的常温和高温蠕便松弛性能数据)○7。

很多垫片都在一定温度下使用,但关于垫片的高温蠕变松弛性能的数据却不多。

应该说蠕变并不只是高温的现象,在低温下也会产生。

但由于温度低蠕变现象不明显,不容易察觉,但几乎所有的垫片多多少少有发生。

不同材料和结构类型的垫片,蠕变松弛程度不同,。

表2为几种垫片的常温蠕变松弛性能⑦。

表1 常温和高温蠕变松弛表2 垫片的蠕变松弛率垫片的蠕变松弛行为是影响螺栓法兰接头发生密封的主要原因之一。

用户经常碰到,使用PTFE材料为主的垫片需在法兰接头安装24小时后进行再拧紧的操作,以弥补由于垫片蠕变松弛引起的垫片压缩应力降低以及由此引起的螺栓紧固载荷的减少。

在非金属垫片中,橡胶类垫片安装后由于蠕变松弛引起垫片压缩应力的降低较大,石墨材料垫片相对较小,但垫片的蠕变松弛程度与配合的法兰密封面结构有关,即垫片的变形是否有约束。

图1为氟橡胶(Viton○R)垫片产品的实测应力松弛曲线,图2为柔性石墨垫片的实测应力松弛曲线⑨。

图3为增强柔性石墨板和具有石墨覆盖层波纹板的长期蠕变松弛性能①(实验),由图可见,1天后垫片的应力降低约为23%~59%。

(a) 有约束,垫片初始应力10500psi (b) 无约束图1 氟橡胶(Viton○R)垫片应力松弛曲线(硬度75)图2 柔性石墨垫片应力松弛(无约束)注:垫片A,增强柔性石墨板(316不锈钢钢板0.05mm,两侧石墨层厚0.79mm)垫片B,具有石墨覆盖层的波纹板(不锈钢波纹板0.76mm,两侧石墨层厚0.79mm,节距3.2mm)垫片C,具有石墨覆盖层的波纹板(不锈钢波纹板0.61mm,两侧石墨层厚0.79mm,节距3.55mm)图3 垫片的蠕变松弛性能EN1591法兰计算方法中,垫片蠕变松弛对于使用工况条件下垫片压缩应力的影响,用参数P QR表示。

P QR为垫片密封面的剩余压缩应力(使用条件)与初始压缩应力(安装状态)的比值,按EN13555:2004的方法测定,是表示垫片短期松弛性能的度量参数(4小时,未考虑长期松弛影响)。

表3为EN1591-2:2008中给出的P QR。

表3 P上述数据都是在一定时间内垫片试验的结果。

试验结果与实际使用存在有多大差别,以及垫片的蠕变松弛其对于垫片密封应力影响程度的确定的工程实用方法还有待进一步研究。

此外,由于垫片的非线性应力-变形(粘弹塑性),经历一次加载和卸载,垫片的密封应力增加和减小,即使螺栓夹紧力回到原来的水平,垫片的密封应力降低。

在垫片设计或选用计算时,考虑垫片的蠕变松弛对于法兰接头密封性能的影响,通常可以设定比较高的螺栓载荷、选用抗松弛性能好的或者新的高性能材料垫片、再拧紧(热拧紧)等措施,以减小垫片蠕变松弛的影响。

2、法兰或螺栓的蠕变/松弛(1)温度由于法兰或螺栓的蠕变松弛,会影响实际作用于垫片密封面的螺栓载荷大小。

但与垫片相比,螺栓和法兰蠕变松弛的影响相对较小。

但具体影响有多大、程度如何,目前也没有可以使用的规范方法计算确定。

在EN1591(EN13445-3附录G)中法兰接头的计算,也没有考虑到螺栓和法兰蠕变松弛对于法兰接头密封性能的影响。

究其原因可能是很少有螺栓选用设计用于其蠕变温度范围的应用实例。

图4为温度对螺栓材料的应力松弛的影响。

除了常温使用工况条件以外,法兰和螺栓之间存在有一定的温差,不同的热膨胀量会引起法兰接头中力/变形平衡的变化,从而引起垫片密封应力的变化。

必要时应考虑取一定的安全裕量,或进行使用条件下蠕变松弛的评估,来确定使用条件下垫片的实际压缩载荷。

通常,对于法兰和螺栓选用膨胀系数相近的材料,并正确安装的法兰连接,一般认为可以在260℃以下正常使用○11。

实际使用经验也表明①,静态或动态温度对于法兰接头密封性能的影响,大致相当于10%屈服强度的螺栓载荷的减少。

图4 B7/B16/B8M螺栓蠕变松弛曲线(2)螺栓的短期应力松弛螺栓的短期应力松弛会导致实际作用于垫片密封面载荷的减小。

不同于温度引起的材料的蠕变松弛行为,螺栓法兰接头在初始安装后,每个螺栓的预紧载荷/法兰接头夹紧力或多或少会有减少。

不考虑安装过程程序、方法等原因,也排除安装螺栓载荷超过材料屈服极限引起蠕变,主要原因是由于局部塑性变形,如螺母承压面与法兰背面之间、螺栓和螺母配合螺纹之间(螺母的第一个螺纹,螺纹配合面不平等)。

所以,大部分螺栓的短期应力松弛发生在安装拧紧后几秒钟或几分钟,在随后相当长时间内保持在一个较低的水平。

见图5所示。

螺栓短期应力松弛的大小和程度很难计算预测,大多数情况需通过实验大致确定。

按照NASa(1998)⑦提出的数据,由于螺栓的短期应力松弛,螺栓预紧载荷的损失大约在2%-10%。

一般,可以通过多次拧紧来减少其对垫片密封应力降低的影响。

对于螺栓来说,除了材料的蠕变松弛,其他任何导致安装螺栓载荷降低的因素,都将影响到垫片密封应力的变化。

通常考虑选用合适的螺栓材料,消除/减小螺栓蠕变松弛的影响。

图5 法兰接头安装拧紧后螺栓的短期松弛图6 法兰接头的转角变形3、法兰转角实际上法兰非完全刚性,安装时在螺栓预紧载荷作用下产生偏转,如图6所示。

垫片内径处(图6中B点)部分或全部卸载,垫片密封应力沿径向不均匀分布,垫片外径处(图6中A点)应力高于内径处的应力。

当有介质内压以及管道系统外载荷(外力、外弯距、温差等)作用时,将引起法兰转角变形的进一步增加。

同时,螺栓拧紧力降低。

此外,也就是说,法兰接头安装拧紧螺栓后,螺栓发生一定的拉伸变形。

在使用工况条件下,法兰的进一步偏转的影响,使螺栓伸长变形减少,拧紧载荷降低,导致垫片密封应力减小,从而对法兰接头密封产生不利的倾向。

这也可以用来解释在实际工程应用中,安装时施加了很高的预紧力的法兰接头,使用中螺栓并没有破坏。

研究发现,法兰转角变形过大,容易引起法兰接头的密封失效,引起泄漏。

垫片接触面密封应力的这种变化,大尺寸法兰接头比较小尺寸法兰接头要大。

图7所示为采用缠绕垫的带颈对焊法兰接头的FEA计算结果③。

分析表明,大直径法兰接头由于转角变形大,垫片密封面的应力分布不均匀程度更大。

即,随着法兰直径的增加,法兰的转角变形对于法兰接头密封性能的影响增加。

大尺寸法兰的刚度比尺寸法兰的刚度小,更加容易产生转角变形比如,大直径奥氏体不锈钢法兰(刚度小),容易偏转变形过大引起泄漏。

在ASME BPV VIII-2附录2中,对法兰安装时的转角变形有一个限制(法兰刚度)。

在EN1591(EN13445-3附录G)中,有安装和使用条件下法兰转角的计算,但计算方法复杂,也没有提出限制要求。

图7:垫片密封应力的径向分布注:r0:垫片内半径,σ0:垫片内径处密封应力。

4、介质内压、外载荷法兰接头安装预紧后,法兰、垫片、紧固件达到一个静态力/变形平衡状态。

垫片上压缩载荷F G = 螺栓预紧载荷F b,图8(a)所示。

在法兰接头设计或选用时,经常是仅考虑介质内压P的作用,其在法兰接头上产生一个轴向作用力W = 1/4ЛD2P。

如将由此产生的垫片压缩载荷的变化设为ΔF G,每个螺栓的拉伸载荷的变化为Δf b,则法兰接头达到新的力/变形平衡后垫片上的剩余压缩载荷为= Fb -ΔF G(卸载)。

图8(b)如果把螺栓载荷的变化Δf b与内压P引起的轴向载荷W/N的比值定义为载荷系数Φg (Φg = Δf b /(W/N)),可以看到,当Φg为正值,螺栓载荷增加,当Φg为负值时,螺栓载荷将降低。

实际使用工况条件下,除介质内压力以外,管道系统中还可能有外载荷(外力、外弯距、温度、压力脉动等)的作用,也有使法兰接头分离的趋势,从而引起垫片接触面实际压缩应力的降低,以及螺栓拉伸载荷的增加或减少,影响法兰连接的密封性能。

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