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    影響法蘭密封性能的主要因素   

    2021-02-16

      螺栓預緊力

      影響密封的一個重要因素。預緊力必須使墊片壓緊以實現初始密封。適當提高螺栓預緊力可以增加墊片的密封能力,因為加大預緊力可使墊片在正常工況下保留較大的接觸面比壓力。但預緊力不宜過大,否則會使墊片整體屈服而喪失回彈能力,甚至將墊片擠出或壓壞。另外預緊力應盡可能均勻地作用到墊片上。通常采取減小螺栓直徑、增加螺栓數量、采取適當的預緊方法等措施來提高密封性能。

      墊片性能

      墊片是構成密封的重要元件,主要類型如下圖所示。

      墊片的作用是封住兩法蘭密封面之間的間隙,阻止流體泄漏。墊片的類型有非金屬墊片、非金屬與金屬的組合墊片及金屬墊片。合適的墊片材料要求墊片在適當的預緊力作用下既能產生必需的彈性變形,又不致被壓壞或擠出;工作時法蘭密封面的距離被拉大,墊片材料又應具有足夠的回彈能力,使墊片表面與法蘭面緊密接觸,以繼續保持良好的密封性能;選用墊片材料時還應考慮工作介質和工作溫度。墊片的寬度也是影響密封的一個重要因素,墊片越寬,所需的預緊力就越大,從而螺栓及法蘭的尺寸也要求越大。

     ?、僭谥械蛪涸O備和管道法蘭上常用橡膠、石棉橡膠、聚四氟乙烯等非金屬墊片,它們的耐蝕性和柔軟性較好,但強度和耐溫性能較差。它們通常是從整張墊片板材上裁剪下來的,整個墊片的外形是個圓環,截面為矩形。

     ?、跒榱颂岣邏|片的強度和耐熱性,用薄鋼帶與石棉帶(或聚四氟乙烯帶或柔性石墨帶)一起繞制成纏繞式墊片或在石棉或其他非金屬材料外包以金屬薄片制成金屬包墊片,具有多道密封作用,且回彈性好,運用于較高的溫度和壓力范圍,并能在壓力、溫度波動條件下保持良好的密封,因而被廣泛采用。

      纏繞式墊片是用鋼帶與石棉或聚四氟乙烯或柔性石墨等填充帶相間纏卷而成。為防止松散,把金屬帶的始端及末端焊死。為了增大墊片的彈性和回彈性,金屬帶與非金屬帶均軋成波形。波的形狀有V形和W形兩種。如下圖所示的為V形,共有4種結構型式。

      A型--又稱基本型,不帶加強環,用于榫槽密封面。

      B型--帶內加強環,用于凹凸密封面。

      C型--帶外加強環,用于平面密封面。

      D型--內外均有加強環,用于平面密封面。

     ?、劢饘侔鼔|片是由石棉橡膠板作內芯,外包厚度為0.2~0. 5mm厚的薄金屬板構成(如下圖),

      金屬板的材料可以是鋁、鋼及其合金,也可以采用不銹鋼或優質碳鋼。金屬包墊片也只用于乙型平焊和長頸對焊兩類法蘭上。

     ?、茉诟邏涸O備和管道的法蘭上,常用金屬墊片,材料有軟鋁、銅、軟鋼和不銹鋼等。除了矩形截面的金屬墊片外,還有截面形狀為橢圓形或八角形的以及其他特殊形狀的金屬環墊。當操作壓力很大或者泄漏率要求很嚴,再者溫度很高或腐蝕性極強,可采用金屬墊片。金屬墊片的比壓值很大,為減小螺栓力,壓緊面必須很窄,依靠極窄的壓緊面保持良好的密封,必須具備較小的表面粗糙度,Ra≤2.5μm至Ra≤0.63μm。

      密封面型式

      法蘭間置入墊片并壓緊而起到密封作用的接觸面稱為法蘭密封面或壓緊面,密封面型式的選擇又與操作條件、泄漏的后果以及墊片的性質有關,常見的結構型式如下。

     ?、倨矫婷芊饷妫浩浣Y構如下圖 (a)所示,密封面并非一個光滑的平面,在平面上往往開有2~4條同心圓分布的三角形截面的溝槽(即法蘭水線)。

      平面密封面結構簡單,制造方便,便于進行防腐襯里。其次這種結構密封面的寬度較大,故使用中常采用非金屬或金屬軟質墊片。但螺栓上緊后,墊圈材料容易往兩側伸展。用于所需壓緊力不高,且介質無毒的場合。

     ?、诎纪姑芊饷妫好芊饷娴慕Y構如下圖 (b)所示,它相當于在一對平面密封面的法蘭上,其中一個制成帶有凸起平臺的壓緊面,并把這個法蘭叫做凸面法蘭,另一個相應做成凹面的叫做凹面法蘭,與凹面尺寸恰好相同的墊片嵌入其中,墊片便于對中。凸起平面的高度略大于凹面的深度,用螺栓壓緊起密封作用。

      這種結構能限制墊片的徑向變形,可防止墊片被擠出,在一定程度上會提高密封性能。適用于壓力較高的場合。

     ?、坶静勖芊饷妫涸谝粚ζ矫婷芊饷鎸挾确较虻闹虚g,其一做成截面如榫,另一截面如槽的壓緊面配對使用,如下圖 (c)所示,前者稱為榫面法蘭,后者稱為槽面法蘭。

      槽型壓緊面可限制嵌入墊片的徑向變形,密封性能良好,同時墊片可少受介質的沖刷和腐蝕。但榫面部分容易破壞。常用于易燃、易爆、有毒的介質以及較高壓力的場合。

      此外還有梯形槽密封面與錐形密封面。前者用橢圓形截面的環狀金屬墊片,后者配用透鏡式環狀金屬墊片。上述兩種結構是強制密封,常用在高壓管道上。

      法蘭密封面的形式和表面性能對密封效果的影響起到至關重要的作用。法蘭密封面的平直度、密封面與法蘭中心線的垂直度直接影響到墊片的受力均勻程度和墊片與法蘭的良好接觸。法蘭密封面的粗糙度應與墊片的要求相配合。表面不允許有徑向刀痕或劃痕,更不允許存在表面裂紋。

      法蘭剛度

      因法蘭剛度不足而產生過大的翹曲變形(如下圖),往往是實際生產中造成螺栓法蘭連接密封失效的主要原因之一。剛度大的法蘭變形小,可將螺栓預緊力均勻地傳遞給墊片,從而提高法蘭的密封性能。

      法蘭剛度與很多因素有關,其中適當增加法蘭環的厚度、縮小螺栓中心圓直徑和增大法蘭環外徑,都能提高法蘭剛度,采用帶頸法蘭或增大錐頸部分尺寸,可顯著提高法蘭的抗彎能力。但無原則地提高法蘭剛度,將使法蘭變得笨重,造價提高。

      操作條件

      壓力、溫度及介質的物理化學性質對密封性能的影響很復雜,單純的壓力及介質對密封的影響并不顯著,但在溫度的聯合作用下,尤其是波動的高溫下,會嚴重影響密封性能,甚至使密封因疲勞而完全失效。因為在高溫下,介質的黏度小,滲透性大,易泄漏;介質對墊片和法蘭的腐蝕作用加劇,增加了泄漏的可能性;法蘭、螺栓和墊片均會產生較大的高溫蠕變與應力松弛,使密封失效;某些非金屬墊片還會加速老化、變質,甚至燒毀。


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