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1、静密封知识 周广民 2008.10,1,深层分析,目 录一、泄露与密封二、密封的方法三、法兰的类型四、法兰密封面型式五、静密封的分类六、垫片的分类七、垫片的结构、性能及标准八、垫片选用的基本原则九、选用垫片考虑的因素十、标准垫片的选用十一、字母知识十二、材料代号,2,深层分析,一、泄露与密封 泄露是自然界常见的现象，如:自来水、煤气、管道、阀门等泄露造成危害或能源损失，所以人们在生产实际中千方百计地设法防止和消除泄露。 是指介质泄露，如气体、液体、固体或它们的混合物，从一个空间进入另一个空间的人们不希望发生的现象。单位时间内泄露的介质量称为泄漏率。 由于机械加工的结果，机械产品的表面必然存在各
2、种缺陷以及形状和尺寸偏差。因此在机械零件的接触处不可避免地产生微小的间隙，当存在压力差或浓度差时，工作介质就会通过间隙泄露。 密封是指机器、设备的连接处没有泄露的现象。能起密封作用的零部件称为密封件。较复杂的密封连接称为密封系统或密封装置。,3,深层分析,二、密封的方法、 密封的本质在于阻止被密封的空间与周围介质之间的质量交换。密封的方法主要有以下四种： 1、尽量减少密封的部位； 2、堵塞或隔离泄露通道； 3、增加泄露通道中流动阻力； 4、采用永久性或半永久性连接。 密封的分类方法很多。按所密封的介质可分为气体密封、液体密封等；按设备种类可分为容器密封、管道密封、压缩机密封、釜用密封等；按密封
3、装置的工作压力可分为高压密封、中低压密封、真空密封等；按密封面间的相对运动状态又可分为动密封和静密封两大类。 公司目前加工的是静密封的垫片，由于垫片装在法兰上或腔内（填料密封），因此先介绍法兰的类型及密封面型式。,4,深层分析,三、法兰类型,5,深层分析,四、法兰密封面型式,6,深层分析,五、静密封分类,径向胀接密封 紧配合密封 轴向紧配合密封 不可拆、半可拆连接 不直接承受接管轴向力的焊接密封 焊接密封 直接承受接管轴向力的焊接密封 密封胶、胶黏剂 静密封 自紧密封 金属垫片密封 平垫片密封 非金属垫片密封 金属-非金属组合式垫片密封 可拆连接 金属垫片密封 成型垫片密封 强制密封 非金属垫
4、片密封 无垫片密封 填料密封,7,深层分析,六、垫片分类,垫片 非金属平垫片 金属-非金属组合垫片 金属垫片 1、 橡胶垫片 1、缠绕式垫片 1、金属平垫片 2、石棉橡胶垫片 2、金属包覆垫片 2、波形垫片 3、非石棉纤维橡胶垫片 3、柔性石墨复合垫片 3、齿形垫片 4、聚四氟乙烯垫片 4、波齿复合垫片 4、金属环垫（椭圆垫、八角垫） 5、齿型复合垫片 5、透镜垫 6、金属“O”形环,8,深层分析,1.非金属垫片 非金属材料是非金属垫片或金属-非金属组合垫片的最基本的构成材料。按照构成这些材料的基本组分和供货状态，可以进行如下的分类。（1）按组成垫片的基本组分（基质）可分为七类:植物质 如纸、
5、棉、软木等；动物质 如皮革、羊毛毡等；矿物质 如石棉、玻璃、陶瓷等纤维；橡胶质 如天然橡胶、各种合成橡胶，包括丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、 硅橡胶、乙丙橡胶等； 合成树脂质 如纯聚四氟乙烯、膨胀聚四氟乙烯、 填充聚四氟乙烯等；石墨质 如柔性石墨（也称膨胀石墨）、碳纤维和石墨纤维等；短纤维增强弹性体（橡胶、塑料） 如石棉、矿棉等无机纤维、有机纤维、碳纤维或石墨纤维增强弹性体等。（2）按目前工业上常用的垫片（板材）品种可分为如下几种：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 包括纯聚四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或膨胀聚四氟乙烯，以及在它们内部加入金属网或板增强的聚四氟乙烯垫
6、片等；聚四氟乙烯包覆垫片 通常为聚四氟乙烯包覆石棉橡胶板或包覆非石棉纤维橡胶板；柔性石墨垫片 包括纯柔性石墨垫片或各种纤维、金属网、金属冲刺板增强的柔性石墨复合垫片等。有金属骨架增强的柔性石墨垫片也可划归为金属-非金属组合垫片。,9,深层分析,2.金属-非金属组合垫片 非金属材料具有柔软性和可压缩性好，制成的垫片预紧比压小、容易与法兰表面紧密贴合等优点，但其主要缺点是强度低、回弹性差、不适合高温、高压场合。所以，结合金属材料强度高、弹性好、耐高温的特点，通过合理选择金属、非金属材料和垫片结构，可以制成压缩回弹性能好、强度高、耐腐蚀、抗高温、密封可靠的金属-非金属组合垫片。除了有金属骨架增强的柔
7、性石墨复合垫片外，缠绕式垫片、金属包覆垫片、波齿复合垫片等在各工业部门得到了极为广泛的应用。3.金属垫片 在高温、高压和工况波动频繁等苛刻操作条件下，各种金属材料仍是密封垫片的首选材料。为了减小螺栓载荷和使连接结构紧凑，除了金属平垫片应尽量采用窄宽度外，应优先选用线接触密封垫片，这些垫片有齿形垫片、椭圆垫、八角垫、透镜垫、“O”形环等。,10,深层分析,七、垫片结构特点、性能及标准1.垫片的结构特点和性能（1）石棉橡胶垫片 石棉橡胶垫片是以石棉橡胶板裁制成型的软垫片，适用于水、水蒸汽、油类、溶剂、中等酸、碱的密封，在中、低压法兰连接的密封中占有相当大的比例。但是，由于石棉的强致性和放射性，20
8、世纪70年代以来一些工业发达国家先后制定了禁止或限制石棉及其制品使用的法令，我们部分企业或行业业凯开始明令禁止使用石棉密封材料。今后，石棉橡胶垫片的用量必将逐年减少，新型密封材料将逐步替代石棉制品。石棉橡胶板以石棉纤维、橡胶为主要原料再辅以橡胶配合剂和填充料，经过混合搅拌、垫辊成型、硫化等工序制成。石棉纤维油较好的韧性及保温性，并能在450510温度下保持原料的特性。石棉橡胶板根据其配方，工艺性能及用途的不同，可分为普通石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板。,11,深层分析,（2）聚四氟乙烯包覆垫片 聚四氟乙烯包覆垫片是一种非金属复合垫片，一般由包覆层及嵌入物两部分组成。包覆层主要起耐油腐蚀作用，通常由
9、聚四氟乙烯材料制成。嵌入物（填料）为弹性较好的带或不带金属增强层的非金属密封材料，通常为石墨橡胶。石油、化工、制药及食品工业中的一些容器、管道、阀门连接，为保证物料清洁也常常采用聚四氟乙烯包覆垫片进行密封。 聚四氟乙烯包覆垫片主要用于突平面型及平面型钢制管法兰连接，适用于公称压力PN0.65.0MPa、工作温度0150的腐蚀性介质或清洁度要求较高的介质。a.为剖切型包覆垫片，它是用聚四氟乙烯筒料车削成0.81.0厚的环状薄片，从外测厚度的中心切开，再放入夹嵌物。b.为机加工型包覆垫片，包覆层内径可与法兰内径一一致，以防止流体在法兰连接处产生泄流。c.折包型包覆垫片，厚度为0.40.8的带状聚四
10、氟乙烯薄膜通过加热包覆在环状夹嵌物外面，制造简便，适用于尺寸较大的法兰。 a剖切型 b机加工型 c折包型,12,深层分析,(3)柔性石墨复合垫片 柔性石墨复合垫片由柔性石墨复合板裁制而成。柔性石墨复合板由充齿的金属薄板与柔性石墨菲尔霍而成。根据需要，垫片的内缘和外缘可采用不锈钢或碳钢进行包边。 柔性石墨复合垫片的主要特点：有良好的耐腐蚀、耐辐射性能，耐高低温，在中压工况下有较成熟的使用经验。所需的预紧应力比金属垫片和柔性石墨缠绕式垫片小。由于柔性石墨具有良好的可塑性和充填性，使用这种垫片时相配的法兰密封面不需要精密加工，对法兰密封面上的“水线”沟槽也能适应，相对说来比较经济。 柔性石墨复合垫片
11、适用于各种管道、阀门、压力容器、换热设备的法兰连接。对由碳钢冲齿板增强的垫片，其最高适用温度可达450；对由不锈钢冲齿板增强的垫片，适用温度可达650。,13,深层分析,（4）金属环垫 金属环的截面形状通常为八角形或椭圆形，有径向自紧密封作用。八角形截面的金属环垫常称为八角垫；椭圆形截面的金属环垫常称为椭圆垫。金属环垫与法兰梯形槽的内外侧面（主要是外侧面）形成线接触密封，因而预紧载荷系数较小。金属环垫主要用于高温、高压管线。 金属环垫最早来源于美国，20世纪20年代首先用于锅炉、釜及其它高压容器的密封。以后在石油开采、炼油、石油化工、电力等工业部门得到广泛应用。金属环垫适用的公称压力为PN2.
12、042.0MPa，例如海上作业、化学和石化工业。 椭圆形金属环垫专门应用在环连接法兰。而平槽法兰既可用椭圆形金属环垫也可用八角形金属环垫。虽然八角形金属环垫较优先使用，但椭圆形金属环垫可应用在法兰可能发生震动的工况中，例如化学工业的热交换器。,14,深层分析,（5）缠绕式垫片 缠绕式垫片是由薄的金属成型带和非金属填充材料带以及内、外金属加强环组装而成的一种金属-非金属组合垫片。垫片本体由金属带与非金属填充材料带相间缠绕而成，其剖面形状如图所示。垫片本体起密封作用，而内、外加强环起定位或加强作用。金属带剖面形状通常有“W”形和“V”形两种，“W”形金属带回弹性能优于“V”形，但加工困难，所以国内
13、目前大多采用“V”形金属带。 缠绕式垫片的优点是压缩回弹性能好，强度高，具有多道密封作用，对于法兰密封面表面缺陷不太敏感，可部分消除压力、温度变化和机械震动的影响，在高温、高压、低温、载荷循环交变等苛刻条件下仍具有良好的密封性能，适用于公称压力PN0.2-25.0MPa的螺栓法兰连接。 缠绕式垫片按结构型式的不同分为：基本型、带内加强环、带外加强环型及带内、外加强环型四种。 制造缠绕式垫片的金属带材料一般有低碳钢、不锈钢、钛、蒙乃合金等，厚度通常为0.15-0.30；非金属带材料有特制石棉、柔性石墨和聚四氟乙烯等。厚度一般为0.3-1.0.内加强环材料通常应与金属带材料相同；外加强环材料一般采
14、用Q235钢，并经防锈处理。,15,深层分析,垫片型式,16,深层分析,（5）金属包覆垫片 金属包覆垫片是以非金属材料为芯材，裁剪成所需要的形状，外面包以厚度为0.250.5金属薄板组成的一种复合垫片。按垫片的截面形状，通常分为平面型包覆垫片及波纹型包覆两种，如图所示。 平面形包覆 波纹形包覆 金属薄板根据材料的弹塑性、耐热性和耐腐蚀性选取，常用的材料主要有铜、铝、软钢、不锈钢、钛及蒙乃尔合金等；包覆垫片中的芯材料一般有石棉板或石棉橡胶板、柔性石墨板以及碳纤维和陶瓷纤维等。 金属包覆垫片具有与包覆金属相同的耐腐蚀性和相近的耐热性，非金属填充材料使垫片具有良好的弹性。另外，这种垫片能制成椭圆形、
15、方形、带筋或更复杂的形状，以满足各种热交换器和非圆形压力容器密封的要求。与非金属软垫片相比，这种垫片在经常拆卸的条件下不易损换、不玷污、不腐蚀法兰密封面并具有较高的强度。金属包覆垫片适用的公称压力为PN2.515.0MPa；最高工作温度为500。,17,深层分析,金属包覆垫片的最高工作温度,18,深层分析,金属包覆垫型式,19,深层分析,(6)金属齿形垫片和金属齿形组合垫片 金属齿形垫片的剖切面是锯齿形，齿间距t=1.5-2，齿高h=0.65-0.85mm，齿顶宽度c=0.2-0.3mm，在密封面上车制若干个同心圆，其齿数一般为7-15个，视垫片规格大小不等。金属齿形垫片的结构型式有基本型、带
16、外环型、带内外环型及带内环型四种。图所示为基本型金属齿形垫片的结构。由于垫片表面的V形齿与法兰表面形成许多具有压差空间的线接触，所示密封可靠，使用周期长。和一般金属平垫片相比，这种垫片所需的预紧应力较小，当尺寸相同时，金属平垫片所需的预紧应力要比齿形垫片大2-2.5倍。金属齿形垫片的主要缺点是垫片使用后容易在法兰密封面上留下压痕，故每次更换垫片时，需对两法兰密封面重新进行加工，因而费时费力。金属齿形垫片适用的公称压力为PN1.6MPa-25.0MPa、适用的最高温度为600。 用于一些经常拆卸的大型容器的齿形垫片，可在垫片的两表面复合一层非金属材料，如石棉橡胶板、非石棉纤维橡胶板、柔性石墨板等
17、，这不仅保护了法兰密封面，而且密封性能亦可明显提高，这样的垫片称为齿形组合垫片。齿形组合垫片在预紧时易产生塑性变形，较容易形成初始密封。这种垫片密封性能号、使用压力范围广、机械强度高。复合的非金属材料厚度一般为0.5mm。由于齿尖的作用，非金属材料不易产生塑性流动，可保护较高的密封比压。齿形垫片除了增加组合垫片的弹性外，还对软垫片起到增强作用，致使石棉橡胶板这类强度较低的材料能承受高压。标准金属齿形组合垫片的结构型式如图所示。带外环型的垫片主要适用于突平面法兰；基本型垫片主要适用于凹凸面法兰。金属齿形组合垫片适用于公称压力PN1.6MPa-42.0MPa的法兰连接。,20,深层分析,金属齿形垫
18、片的最高工作温度金属齿形组合垫片的最高温度,21,深层分析,（7）盘根类型（填料密封）1、柔性石墨盘根2、碳纤维盘根（浸渍聚四氟乙烯乳液）3、聚四氟乙烯盘根4、芳纶纤维盘根5、膨胀石墨填料,22,深层分析,2、标准（1）金属缠绕垫,23,深层分析,（2）石棉橡胶垫片和非金属平垫片标准,24,深层分析,（3）聚四氟乙烯包覆垫片标准（4）柔性石墨复合垫片标准,25,深层分析,（5）金属齿形垫片及金属齿形组合垫片标准（6）金属包覆垫片标准,26,深层分析,（7）金属环垫的标准,27,深层分析,八、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； 法兰及垫片的公称压力； 流体介
19、质的温度； 流体介质的性质。,28,深层分析,九、选用垫片考虑的因素 有良好的压缩回弹性能，能适应温度及压力的波动； 有良好的塑性，能与法兰密封面很好地贴合； 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； 低温时不易硬化，收缩量小，高温时不易软化，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。,29,深层分析,十、标准垫片的选用,30,深层分析,31,深层分析,十一、字母知识1. 法兰密封面：榫槽面（TG）;凹凸面（MF或MFM）;全平面（FF）；突面 （RF）;环槽面（RJ）。2. 橡胶垫片：天然橡胶（NR）;氯丁橡胶（CR）;丁腈橡胶（NBR）;丁苯橡胶 （ SBR）;乙丙橡胶（EPDM）;氟橡胶（Viton）。3. 管壳式换热器垫片：管箱垫片（G）;管箱侧垫片（C）;头盖垫片（T）;浮头 垫片（F）;外头盖垫片（W）。4. 金属环垫：椭圆垫（GRV或OVAL RING） 八角垫（GRO或OCTAGONAL RING）5. 缠绕垫：外环（OR或OUTER RING）;内环（IR或INTER RING）;碳钢（CS或St）;柔性石墨（FLEXIBLE GRAPHITE）;聚四氟乙烯（PTFE）。,32,深层分析,十二、国际及国内标准代号,33,深层分析,十二、常用材料代号,34,深层分析,谢谢！,35,深层分析,