平垫片密封原理与设计.

gi-垫片预紧应力；go-垫片工作应力
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五、 垫片分类 垫片的基本类型
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五、非金属垫片特点及分类
非金属垫片-软质垫片
优缺点 优点：柔软可压缩性好，垫片比压低，容易与法兰面贴合，密封性较好； 缺点：强度低，回弹差，易压溃，不适于高温高压场合。 改进措施： 在法兰面加工出V形槽，避免密封垫片挤出；- 水纹、突筋、印刷密封线 在密封垫片的外围加增强材料-内外包边，提高强度和抗渗透性
3，密封面分离和吹出泄漏：
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，就导致了密封面 的分离。这里若增加流体压力，则对机械完整性很差的垫片，如操作期间材料发生劣化的垫片，沿垫片 径向作用的流体压力就会将其撕裂，引起密封流体的大量泄放，此被称为吹出泄漏，它属于一种事故性 泄漏。
A，对于（2）：通过不同材料的复合或机械组合形成不渗透性结构，或者使用较 大的夹紧力使材料更加密实，减少以至消除泄漏； B，对于（1）和（3）：与垫片材料性质、接头的机械特征、结合面的性质与状 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。
酸（非强氧化性）、碱、蒸汽、溶剂、油类等
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视粘接剂（SBR、NBR、CR、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱPDM等）而定
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四、密封原理 由垫片密封的结构和垫片的密封原理可以看出，对垫片的要求：
具有一定的压缩变形能力可发生弹塑性变形填补密封表面上的凹 凸不平造成的间隙
具有一定的强度和刚性以保持一定的形状和抵抗变形的能力防止
在系统的满载压缩应力下被挤出密封面或压溃 具有一定回弹能力具有回弹能力－回弹率补偿在介质压力下紧固系
适用条件
最高温度/℃ 100 120 100
100 100 100 175 230 260 450 260（限150） 260 260（限200） 260 650（蒸汽） 450(氧化性介质) 2500（还原性、惰性介 质） 370（连续205） 425（连续290）
最大压力/MPa 0.1 0.3 1
柔性石墨金属
普通PTFE 填充PTFE 膨体PTFE 微孔PTFE
复合密封材料
皮革 纸张
塑料 云母 等
（柔性）石墨 纤维橡胶 复合材料
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五、 垫片分类
无石棉密封垫片填充纤维材料
非石棉纤维
无机
非石棉纤维
有机纤维
/浆粕
天然无机纤维
海泡石纤维 水镁石纤维 硅灰石纤维
非金属密封圈
（包括复合材料）
有色金属垫圈 静密封 密封带 密封胶
金属垫圈
O形及空心O形密封圈 椭圆形密封圈 菱形密封圈 矩形密封圈 梳形密封圈 H形密封圈 其它（八角垫等）
管件密封 螺纹密封 铅焊、铜焊等 其它 非接触密封
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迷宫密封 专有和保密信息 © 2008 江森自控有限公司 版权所有 螺旋密封 间隙密封 离心式密封
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四、密封原理
密封原理：
如密封面完全光滑、平行，并有足够的刚度，它们可以依靠 垫片压紧前 紧固件夹持在一起，无须垫片可达到密封的目的（即无垫密封）。 在实际中：1，密封面存在粗糙度， 2，不绝对平行， 3，刚度不是无限大， 4，各紧固件刚度不同和分散排列，造成密封面 载荷在圆周方向上不均匀 为了弥补这种不均匀的载荷和相应的变形，在两连接件密封 面间放入一垫片，使之适应密封面的不规则性。
统的变形。
具有抗蠕变能力防止垫片在高温下蠕变实效
而垫片从使用上又包括初始密封和工作密封两个作用机理。
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四、密封原理
初始密封
通过对垫片进行压缩，使其与密封面间产生足够的压力（垫片预紧应力， 初始垫片比压〕，以阻止介质通过材料本身的渗透，同时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 的变形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道。
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四、密封原理 垫片应力与变形的关系
理论上，垫片 预紧应力越大，垫 片中贮存的弹性应 变能也越大，因而 可用于补偿分离或 松弛的余地也就越 大，但密封材料本 体的最大弹性承载 能力是其极限； 实际上，垫片 预紧应力的合理值 取决于密封材料与 结构、密封度、环 境因素、使用寿命 以及经济性等因素。
流体范围广泛，防止密封流体通过这些接头处泄漏出来，是工厂面对的最重要也是最艰巨的
任务。虽然垫片密封与泵轴、阀杆、搅拌器轴等密封相比，其泄漏量比较小，但其用量却比 它们多得多，因此成为工厂泄漏和易挥发有机物逸出的主要源头，它们不仅严重污染环境， 而且造成产品损失相当可观，垫片密封的重要性也就不喻而言了。
按组成垫片的基本组分分类 植物质 动物质 矿物质 橡胶质 合成树脂质 石墨质 纤维增强弹性体
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按工业常用品种分类 橡胶垫片 石棉橡胶垫片 非石棉纤维橡胶垫片 聚四氟乙烯垫片 柔性石墨垫片
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五、 垫片分类
非金属 密封材料
合成无机纤维
玻璃纤维 陶瓷纤维 矿渣棉纤维 碳纤维
天然有机纤维
棉纤维 麻纤维 纤维素纤维
有机合成纤维
芳纶纤维 芳砜纶纤维 酚醛纤维 晴纶、涤纶纤维
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五、 垫片分类
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五、 垫片分类
类型 纸质垫片 软木垫片
平垫片密封原理及设计
2011-02-18
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内
一、密封的分类 二、垫片密封定义 三、垫片密封分类 四、垫片密封原理 五、非金属垫片特点及分类 六、垫片主要力学性能 七、平垫片密封设计 八、其它设计方法 九、密封垫片的选择 十、垫片选用原则
容
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三、垫片密封的分类 按垫片使用的密封方式，可分为：
1）
紧固型
2）
紧合型
有间隙
无游隙
一般状态下使用，在法兰之间有间隙的状态下使用， 及相对低压的状态下使用。 优点 紧固较为简单，可以追加紧固。 缺点 由于内压而使法兰之间产生间隙，密封垫片可在复 原区域内使用，因为密封垫片的面压降低，所以容易产 生泄漏。
天然橡胶（NR）
丁腈橡胶(NBR) 氯丁橡胶（CR） 丁苯橡胶(SBR) 乙丙橡胶(EPDM) 硅橡胶（MQ） 氟橡胶（FKM） 石棉橡胶垫片 聚四氟乙烯垫片 纯车削板 填充板 膨胀带 金属增强 柔性石墨垫片 纯 金属增强 无石棉橡胶垫片 有机纤维增强 无机纤维增强
强酸、碱、水、蒸汽、溶剂、烃类等
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二、垫片密封的定义
垫片是一种夹持在两个独立的连接件之间（法兰）的材料或材料组合，其作用是在预定
的使用寿命内，保持两个连接件间的密封。垫片必须能够密封接合面，并保证密封介质不渗
透和不被腐蚀，能经受温度和压力等的作用。 垫片密封是化学、炼油、医药、食品、机械和电力等工业部门中压力容器、工艺设备、 动力机器和连接管道等可拆接头处最主要的静密封形式。它们所处的工况条件复杂，密封的
四、密封原理
三种泄漏方式
1，界面泄漏：
两连接件表面（下称密封面），从机械加工的微观纹理来看，存在粗糙度和变形的问题，它们与垫 片之间总是存在泄漏通道，由此产生的流体泄漏称为界面泄漏，占总泄漏量的80%~90%。
2，渗透泄漏： 对非金属材质的一类垫片而言，从材料的微观结构来看，本身存在的微小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漏出来，此称为渗透泄漏，它占总泄漏量的10%~20%。
三、垫片密封的分类 按密封垫片工作时受力情况，可分为：
强制式密封： 完全靠外力（螺栓）对垫片施加载荷实现密封。 自紧式密封： 主要利用介质的压力对垫片施加载荷实现密封。 半自紧式密封： 上述两种方法的组合。
按工作压力，可分为低压、中低压、高压、超高压密封：
低压密封 中低压密封 高压密封 超高压密封 P<1.568MPa 0.098MPa <P<9.8MPa 9.8MPa<P<98MPa P>98MPa
四、密封原理
泄漏定义
介质从有限空间内部流动到外部或从外部进入有限空间内部
泄漏的基本条件
接触面上存在间隙，接触面两侧的压力差、浓度差等是泄漏的推动力 就垫片密封而言，通常密封流体在垫片结合处的泄漏有3种情况，如图所示。 1,界面泄漏 2,渗透泄漏 3,吹出泄漏
法兰系统 泄漏通道
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1 1 1 1 1 1 6 2 8.3 5.5 17.2
介质 燃料油、润滑油等 油、水、溶济 水、海水、空气、惰性气体、盐溶液、中等酸、碱等
石油产品、脂、水、盐溶液、空气、中等酸、碱、芳烃等 水、盐溶液、空气、石油产品、脂、致泠剂、中等酸、碱等 水、盐溶液、饱和蒸汽、空气、惰性气体、中等酸、碱等 水、盐溶液、饱和蒸汽、中等酸、碱等 水、脂、酸 水、石油产品、酸等 水、水蒸汽、空气、惰性气体、盐溶液、油类、溶济、中等酸、碱等。
石棉 密封材料
非石棉 密封材料
非石棉纤维增强 橡胶密封材料 非石棉纤维 编织盘根
石棉 橡胶板
石棉密封 填料
橡胶 密封材料
PTFE 密封材料
柔性石墨 密封材料
其他非石棉 密封材料
天然橡胶（NR） 丁腈橡胶（NBR） 氯丁橡胶（CR） 丁苯橡胶（SBR） 乙丙橡胶（EPDM） 硅橡胶（MQ） 氟橡胶（FKM）
垫片密封的目的
利用垫片形成物理壁垒以阻止介质的流动，防止泄漏的发生
垫片压紧后
密封的方法
1，最大程度使接触面嵌合－减小间隙 2，减小泄漏通道的截面积，增加泄漏阻力，使泄漏阻力其大于泄 漏介质的推动力 3，通过压紧垫片使其产生塑性变形，填平法兰密封面的微小凹凸 不平，以实现密封。
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高压状态下的使用，在法兰之间没有间隙的状态下施 加紧固后，再次施加更大的紧固力使法兰相互紧固。 优点 由于内压的影响，使法兰间隙扩大的力和紧固法兰间 隙的力保持着平衡，密封垫片的实际压紧力变化较少。 缺点 紧固时需要进行扭矩控制，作为用于紧合型的密封垫 片，必须对密封垫片的硬度进行设计。
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垫片预紧应力是否能够作到初始密封，与使用的垫片材料密切相关，不同
的材料在相同的压缩量下得到的垫片应力是不相同的，自然同样密封要求下所 能密封的介质压力也不一样，或者说相同的介质压力下，得到的密封度不同。
工作密封
当初始垫片应力作用于垫片后，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。因为装置在流体压力作用下，密封面将被迫分离， 垫片必须通过弹性应变以弥补该分离量，并且残余维持密封所需要的工作（残 余〕垫片应力。该弹性应变必须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，包括热松弛、螺栓应力松弛等。
一、密封分类
密封形式
印刷密封垫 O形圈 X形密封圈 C形密封圈 矩形密封圈 纸质密封垫 复合密封垫（多材料混合） 石棉或橡胶垫圈 矩形平垫圈 波纹形垫圈 螺旋垫圈 齿形垫圈 动密封 透镜垫圈
密封 形式 分类
梳形密封圈 H形密封圈 其它（八角垫等） 管件密封 螺纹密封 铅焊、铜焊等 其它 迷宫密封 螺旋密封 非接触密封 间隙密封 离心式密封 外露骨架形 内包骨架型 装配式 旋转轴唇形密封圈 有副唇外露骨架形 有副唇内包骨架型 流体动力形 组合型密封圈 J形密封圈 L形密封圈 往复动唇形密封圈 V形密封圈 U形密封圈 Y形密封圈 其它（鼓形、山形、槽形等） 活塞环密封（金属或聚四氟乙烯等） 机械密封 O形密封圈 D形密封圈 T形密封圈 挤压密封 X形密封圈 方形密封圈 其它（三角形、H形密封圈等） 填料密封 流体密封 磁流体密封 其它