《流體密封與潤滑基礎(chǔ)課程》－墊片密封

1、概述2.1 墊片密封2.1.1 墊片密封概述2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封2.1.3 高壓設(shè)備的法蘭連接2.2 膠密封2.2.1 帶壓注劑密封技術(shù)2.2.2 帶壓粘接密封技術(shù)第2章墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封墊片密封:是過程工業(yè)裝置中壓力容器、工藝設(shè)備、動力機器和連接管道等 可拆處最主要的靜密封形式。特點：工況復(fù)雜、包含流體介質(zhì)范圍相當(dāng)廣泛;泄漏量不大,但數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理困難。應(yīng)用范圍：極其廣泛。低壓、中高、高壓。設(shè)備、管道。本部分內(nèi)容：1.墊片密封的密封機理；2.墊片、法蘭的類型與選擇；3.非標(biāo)準(zhǔn)法蘭連接螺栓載荷的確定方法。2.1.1 墊片密封概述墊片密封第 章2流體

2、密封2.1墊片密封墊片是一種夾持在兩個獨立的連接件之間的材料或材料的組合，其作用是在預(yù)定的使用壽命內(nèi)，保持兩個連接件間的密封。墊片密封必須能夠密封結(jié)合面，并對密封介質(zhì)不滲透和不被腐蝕，能經(jīng)受溫度和壓力等的作用。墊片密封基本結(jié)構(gòu)：連接件（法蘭）、墊片和緊固件（螺栓、螺母等）決定某個接頭的密封性時，必須將整個連接結(jié)構(gòu)作為一個系統(tǒng)進行考慮。取決因素包括：設(shè)計選用的墊片本身，系統(tǒng)的剛度和變形、結(jié)合面的粗糙度和不平行度、緊固載荷的大小和均勻性等。2.1.1 墊片密封概述墊片的定義墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封2.1.1 墊片密封概述墊片的定義法蘭墊片螺母墊圈螺栓墊片密封第 章2流體密封2.1墊片

3、密封界面泄漏：兩連接件表面，從機械加工的微觀紋理來看存在粗糙和變形，它們與墊片之間總是存在泄漏通道，由此產(chǎn)生的流體泄漏稱為界面泄漏。占總泄漏的80%90%。特點： 由于間隙小，界面間隙中的流動近似于平行平面間的流動。且泄漏速度小，雷諾數(shù)小，按層流考慮。通常，間隙的大小對泄漏量影響最大，泄漏量與間隙的立方成正比；與密封流體壓力差成正比，而與粘度反比。影響因素：與墊片材料性質(zhì)、接頭的機械特征、密封面的性質(zhì)與狀態(tài)、密封流體的特性以及緊固件夾緊程度有關(guān)。 2.1.1 墊片密封概述泄漏方式墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封2. 滲透泄漏：對非金屬材料的一類墊片而言，從材料的微觀結(jié)構(gòu)來看本身存在微小縫

4、隙或細(xì)微的毛細(xì)管，具有一定壓力的流體自然容易通過它們滲透出來。占總泄漏的10%20%特點： 滲漏往往不易被發(fā)現(xiàn)。滲漏除與密封材料密切相關(guān)外，還與密封流體的壓力差、粘性有關(guān)，壓力差越高，泄漏越大；粘性大則不易發(fā)生滲漏。密封流體的分子結(jié)構(gòu)也影響滲漏，分子大的密封流體不易透過密封材料。防止措施：不同材料的復(fù)合或機械組合形成不滲透性結(jié)構(gòu)，或者使用較大的夾緊力使材料更加密實，減少以至消除泄漏。2.1.1 墊片密封概述泄漏方式墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封3. 吹出泄漏：當(dāng)夾緊墊片的總載荷因各種原因減少到幾乎等于作用在接頭端部的流體靜壓力，導(dǎo)致了密封面的分離。這時若增加流體壓力，則對機械完整性很差

5、的墊片，如操作期間材料發(fā)生劣化，則沿墊徑向作用的流體壓力會將其撕裂，引起密封流體的大量泄放。吹出泄漏特點：是一種事故。影響因素：與墊片材料性質(zhì)、接頭的機械特征、密封面的性質(zhì)與狀態(tài)、密封流體的特性以及緊固件夾緊程度有關(guān)。 2.1.1 墊片密封概述泄漏方式墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封a. 初始密封 產(chǎn)生初始密封要求是壓縮墊片，使其與密封面間產(chǎn)生足夠的壓力（通常命名為墊片預(yù)緊力，也有稱初始墊片比壓），以阻止介質(zhì)通過墊片材料本身，同時保證墊片對連接件有較大的順應(yīng)性，即墊片材料受壓縮后發(fā)生的彈性或彈塑性變形能夠填塞密封面的變形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道。以螺栓緊固為例，墊片應(yīng)力取決于螺

6、栓材料的數(shù)量，擰緊螺栓的轉(zhuǎn)矩、螺栓系統(tǒng)的摩擦系狀況和墊片的壓縮面積。M=KFd F=M/Kd 2.1.1 墊片密封概述密封機理墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封b. 工作密封 工作情況下，接頭受到流體壓力用時，密封面被迫發(fā)生分離，此時要求墊片能釋放出足夠的彈性應(yīng)變能，以彌補這一分離量，并且留下足以保持密封所需要的工作（殘余）墊片應(yīng)力。些外，這一彈性應(yīng)變能還要補償裝置長期運轉(zhuǎn)過程中任何可能發(fā)生的墊片應(yīng)力的松弛，接頭不均勻的熱變形，導(dǎo)致墊片應(yīng)力的降低或升高，或者因受熱引起緊固件應(yīng)力的松弛而減少了作用在墊片的應(yīng)力等。2.1.1 墊片密封概述密封機理墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封墊片應(yīng)力與

7、變形的關(guān)系：墊片的基本要求： 在連接件的密封面與墊片表面之間產(chǎn)生一種墊片預(yù)緊力，其大小與裝配墊片時的“預(yù)壓縮量”以及墊片材料的彈性模量有關(guān)，而其分面狀況與墊片截面的幾何形狀有關(guān)。理論上說，墊片預(yù)緊力越大越好，墊片中貯存的彈性應(yīng)變能就越大，因而用于補償分離或松弛的能力也越大，但不能超過墊片材料本身的最大彈性承載能力極限。2.1.1 墊片密封概述密封機理2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封 設(shè)計的一般目的是對于已知的墊片特性，確定法蘭和螺栓等結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟尺寸，同時整個系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的密封度要求，即：1. 完整性：整個結(jié)構(gòu)的機械或熱應(yīng)力必須在材料允許的范圍內(nèi)。2.

8、密封性：墊片應(yīng)力必須使整個接頭的泄漏率在允許的范圍內(nèi)。而以上條件還必須滿足如下的載荷要求：1. 初始擰緊螺栓時的裝配或預(yù)緊載荷。2. 1.25或1.5 倍設(shè)計壓力的液壓試驗載荷。3. 正常操作載荷（如壓力或溫度截荷）根據(jù)應(yīng)用場合，還要考慮：1. 其他外載荷，如軸向或彎曲載荷（管道重量和熱膨脹）。2. 螺栓預(yù)緊載荷的不確定性3. 瞬時熱沖擊，如驟然加熱或冷卻。4. 因循環(huán)載荷引起的疲勞。5. 腐蝕減少材料的有效厚度。6. 蠕變，包括法蘭、螺栓和墊片的蠕變，所有都將減少墊片應(yīng)力。墊片密封2.1.2.1法蘭連接設(shè)計的一般考慮2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封 顯然,

9、作為起密封作用的墊片在整個連接系統(tǒng)中是關(guān)鍵。在設(shè)計墊片法蘭連接時，任何一個元件的設(shè)計既相互聯(lián)系又相互制約，例如墊片的結(jié)構(gòu)和材料的選擇合理與否，直接影響螺栓尺寸的大小與經(jīng)濟性；法蘭結(jié)構(gòu)尺寸確定好壞，影響到結(jié)構(gòu)的剛度和緊湊性，它們之間的相互協(xié)調(diào)將最終決定了連接的密封性。墊片密封2.1.2.1法蘭連接設(shè)計的一般考慮2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封 法蘭是通用的機械零件，對常用的法蘭已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。（1）法蘭類型 法蘭分類： 按用途分：容器法蘭、管道法蘭按密封面的寬窄分：寬面法蘭和窄面法蘭按材料分：金屬法蘭：鋼制法蘭、鑄鐵法蘭、有色金屬法蘭非金屬法蘭按形狀分：圓形、矩形

10、、橢圓形按與容器或管道的連接方式分：焊接結(jié)構(gòu)和非焊接結(jié)構(gòu)墊片密封2.1.2.2法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封 （1）法蘭類型: ISO7005-1：1992“金屬法蘭鋼法蘭”典型法蘭結(jié)構(gòu)墊片密封2.1.2.2法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)（2）法蘭密封面形式：有約束：榫面、槽面、環(huán)連接面； 無約束：全平面、突面 半約束：凸面、凹面 自緊式：O形環(huán)槽面，O形環(huán)凹面2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封墊片密封2.1.2.2法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)（3）法蘭密封的表面質(zhì)量2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封墊片密封2

11、.1.2.2法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)2.1.2 中低壓設(shè)備和管道的墊片密封第 章2流體密封2.1墊片密封（4）法蘭的標(biāo)準(zhǔn)和選用原則a. 容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)：JB4700JB4707-2002壓力容器法蘭b. 管道法蘭標(biāo)準(zhǔn)： 國內(nèi)：HG20592-1997國際：DIN PN:0.25, 0.6,1.0, 1.6, 2.5, 4.0, 6.3, 10.0, 25.0 國內(nèi)：HG20615-1997國際：ASME/ANSI 16.5 /16.47 class: 150, 300, 600, 900, 1500, 2500c. 標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用： 依據(jù)：公稱直徑、公稱壓力、工作溫度、介質(zhì)性質(zhì)及法蘭材料墊片密封2.1.2.

12、2法蘭連接標(biāo)準(zhǔn)課后思考題對墊片密封來說,密封流體泄漏的方式有哪幾種,各有什么特點,防止泄漏的措施各是什么?墊片密封的密封機理是什么,需要滿足的條件是什么?法蘭連接設(shè)計的一般考慮是什么,需要滿足哪些條件?法蘭分哪些類型,各有什么特點,繪出其基本圖形.法蘭密封面有哪些形式,各有什么特點?法蘭密封的粗糙度對墊片密封系統(tǒng)有什么影響,應(yīng)如何選擇法蘭密封的粗糙度.法蘭的標(biāo)準(zhǔn)大體分成哪兩類,法蘭選擇的因素有哪些,應(yīng)如何進行選擇法蘭類型?墊片的基本結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成,各有什么作用.墊片的基本類型有哪些,應(yīng)用場合有何不同,各有什么特點?最常的有哪些?墊片的力學(xué)性能有哪些,各是什么,對墊片密封系統(tǒng)有何影響.高溫對墊片的密封性能有何影響?流體密封課后思考題墊片的應(yīng)力包括哪些?各是什