平垫片密封原理与设计.复习课程.ppt
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1、 专有(zhun yu)和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有1平垫片密封原理平垫片密封原理(yunl)及设计及设计2011-02-18第一页,共41页。专有和保密(bo m)信息 2008 江森自控有限公司 版权所有2内内 容容一、密封的分类一、密封的分类二、垫片密封定义二、垫片密封定义三、垫片密封分类三、垫片密封分类四、垫片密封原理四、垫片密封原理五、非金属垫片特点及分类五、非金属垫片特点及分类六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能七、平垫片密封设计七、平垫片密封设计八、其它设计方法八、其它设计方法(fngf)九、密封垫片的选择九、密封垫片的选择十、垫片选用原则十、垫片选用原则
2、第二页,共41页。专有和保密(bo m)信息 2008 江森自控有限公司 版权所有3一、密封一、密封(mfng)(mfng)分类分类密封密封(mfng)形式形式第三页,共41页。专有和保密信息 2008 江森自控(z kn)有限公司 版权所有4 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(lin yu)、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
3、件复杂,密封的流体范围广泛,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。二、垫片密封二、垫片密封(mfng)(mfng)的定义的定义第四页,共41页。专有和保密(bo m)信息 2008 江森自控有限公司 版权所有5l 按垫片(din pin)使用的密封方式,可分为:l 1)2)三、垫片密封三、垫片密封(mfng)(mfng)的分类的分类紧固型紧固型有间隙有
4、间隙紧合型紧合型无游隙无游隙 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,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。再次施加更大的紧固力使法兰相互紧固。优点优点 由于内压的影响,使法兰由于内压的影响,使法兰间隙扩大的力间隙扩大的力和紧固法兰间隙的力保持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。着平衡,密封垫片的实际压紧力变化较少。缺点缺点 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。密封垫片的硬度进行设计。一般状态下使用,在
5、法兰之间有间隙的状态下使用,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。及相对低压的状态下使用。优点优点 紧固较为简单,可以追加紧固。紧固较为简单,可以追加紧固。缺点缺点 由于内压而使法兰之间产生间隙,密封垫片可在复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。生泄漏。第五页,共41页。专有(zhun yu)和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有6l 按密封垫片工作时受力情况,可分为:l 强制式密封:l 完全靠外力(螺栓)对垫片施加载荷实现密封。l 自紧式密
6、封:l 主要(zhyo)利用介质的压力对垫片施加载荷实现密封。l 半自紧式密封:l 上述两种方法的组合。l 按工作压力,可分为低压、中低压、高压、超高压密封:l 低压密封 P1.568MPal 中低压密封 0.098MPa P9.8MPal 高压密封 9.8MPaP98MPa三、垫片密封三、垫片密封(mfng)(mfng)的分类的分类第六页,共41页。专有和保密(bo m)信息 2008 江森自控有限公司 版权所有7四、密封四、密封(mfng)(mfng)原理原理密封原理:密封原理:如密封面完全光滑、平行,并有足够的刚度,它们可以依靠如密封面完全光滑、平行,并有足够的刚度,它们可以依靠紧固件夹
7、持在一起,无须垫片可达到密封的目的(即无垫密封)。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:在实际中:1 1,密封面存在粗糙度,密封面存在粗糙度,2 2,不绝对平行,不绝对平行,3 3,刚度不是无限大,刚度不是无限大,4 4,各紧固件刚度不同和分散排列,造,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。面间放入一垫片,使之适应密封面的不规则性。垫片密封的目的垫片密封的目的 利用利
8、用(lyng)(lyng)垫片形成物理壁垒以阻止介质的流动,防止泄漏的发垫片形成物理壁垒以阻止介质的流动,防止泄漏的发生生 密封的方法密封的方法 1 1,最大程度使接触面嵌合减小间隙,最大程度使接触面嵌合减小间隙2 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,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介质的推动力3 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,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。平,以实现密封。垫片压紧前垫片压紧前垫片压紧后垫片压紧后第七页,共41页。专有和保密信息 2008 江森
9、自控(z kn)有限公司 版权所有8四、密封四、密封(mfng)(mfng)原理原理法兰系统泄漏(xilu)通道l l 泄漏定义泄漏定义泄漏定义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l l 泄漏的基本条件泄漏的基本条件泄漏的基本条件泄漏的基本条件接触面上存在间隙间隙,接触面两侧的压力差、浓度差压力差、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,界面泄漏界面泄漏 2,渗透泄漏渗透泄漏 3,吹出泄漏吹出泄漏第八页,共41页。专有和保密信息(xnx)2008 江森自控有限公司 版权所有9四、密封四、密封(mfng)(mfng)原
10、理原理三种泄漏方式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%。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(fshng)劣化的垫片,沿垫
11、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(,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):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;的夹紧力使材料更加密实,减少以至消除泄漏;B,对于(,对于(1)和()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):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、使用以及密封失体的特性以及紧固件夹紧程度等有关。它
12、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。效分析等问题的关键。第九页,共41页。专有和保密信息(xnx)2008 江森自控有限公司 版权所有10四、密封四、密封(mfng)(mfng)原理原理 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: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具有一定的压缩变形(bin xng)能力能力可发生弹塑性变形可发生弹塑性变形(bin xng)填补密封表面上的凹凸不平造成的间隙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具有一定的强度和刚性以保持一定的形状和抵抗变形以保持一定的形状和抵抗变形
13、(bin xng)的的能力能力防止在系统的满载压缩应力下被挤出密封面或压溃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一定回弹能力具有回弹能力回弹率具有回弹能力回弹率补偿在介质压力下紧固补偿在介质压力下紧固系统的变形系统的变形(bin xng)。具有抗蠕变能力具有抗蠕变能力防止垫片在高温下蠕变实效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。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。第十页,共41页。专有(zhun yu)和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有11四、密封四、密封(mfng)(mfng)原理原理 初始密封初
14、始密封初始密封初始密封 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垫片比压,以阻止介质通过材料本身的渗透垫片比压,以阻止介质通过材料本身的渗透垫片比压,以阻止介质通过材料本身的渗透(shntu)(shntu),同时保证垫片对连接件,同时保证垫片对连接件,同时保证垫片对连接件,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
15、生的弹性或弹塑性变形能够填塞密封面的有较大的顺应性,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。变形和表面粗糙度,以堵塞界面泄漏的通道。变形和表面粗糙度,以堵塞界面泄漏的通道。变形和表面粗糙度,以堵塞界面泄漏的通道。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
16、切相关,不同的材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。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。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。介质压力也不一样,或者说相同的介质压力下,得到的
17、密封度不同。工作密封工作密封工作密封工作密封 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,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,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,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
18、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。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。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。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
19、等。松弛、螺栓应力松弛等。松弛、螺栓应力松弛等。松弛、螺栓应力松弛等。第十一页,共41页。专有和保密(bo m)信息 2008 江森自控有限公司 版权所有12四、密封四、密封(mfng)(mfng)原理原理垫片应力与变形垫片应力与变形垫片应力与变形垫片应力与变形(bin(bin xng)xng)的关系的关系的关系的关系 理论上,垫片预垫片预紧应力越大,垫片中贮紧应力越大,垫片中贮存的弹性应变能也越大,存的弹性应变能也越大,因而可用于补偿分离或因而可用于补偿分离或松弛的余地也就越大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
20、度、环境因素、使用寿命以及经济性等因素。gigi-垫片预紧应力;垫片预紧应力;gogo-垫片工作应力垫片工作应力第十二页,共41页。专有和保密信息 2008 江森自控(z kn)有限公司 版权所有13五、五、垫片垫片(din pin)(din pin)分类分类垫片垫片垫片垫片(din pin)(din pin)的基本类型的基本类型的基本类型的基本类型第十三页,共41页。专有和保密信息(xnx)2008 江森自控有限公司 版权所有14五、非金属垫片特点五、非金属垫片特点(tdin)(tdin)及分类及分类非金属垫片非金属垫片非金属垫片非金属垫片-软质垫片软质垫片软质垫片软质垫片 优缺点优缺点优缺
21、点优缺点(qudin)(qudin)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;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;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;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;缺点缺点缺点缺点(qudin)(qudin):强度低,回弹差,易压溃,不适于高温高压场合。:强度低,回弹差,易压溃,不适于高温高压场合。:强度低,回弹差,易压溃,不适于高温高压场合。:强度低,回弹差,易压溃,不适于高温高压场合。改进措施:改进措施:改进措施:改进措施:在法兰面加工出在法兰面加工出在法兰面加工
22、出在法兰面加工出V V形槽,避免密封垫片挤出;形槽,避免密封垫片挤出;形槽,避免密封垫片挤出;形槽,避免密封垫片挤出;-水纹、突筋、印刷密封线水纹、突筋、印刷密封线水纹、突筋、印刷密封线水纹、突筋、印刷密封线在密封垫片的外围加增强材料在密封垫片的外围加增强材料在密封垫片的外围加增强材料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内外包边,提高强度和抗渗透性内外包边,提高强度和抗渗透性内外包边,提高强度和抗渗透性按工业常用品种分类按工业常用品种分类按工业常用品种分类按工业常用品种分类l l橡胶垫片橡胶垫片橡胶垫片橡胶垫片l l石棉橡胶垫片石棉橡胶垫片石棉橡胶垫片石棉橡胶垫片l l非石
23、棉纤维橡胶垫片非石棉纤维橡胶垫片非石棉纤维橡胶垫片非石棉纤维橡胶垫片l l聚四氟乙烯垫片聚四氟乙烯垫片聚四氟乙烯垫片聚四氟乙烯垫片l l柔性石墨垫片柔性石墨垫片柔性石墨垫片柔性石墨垫片按组成垫片的基本组分分类按组成垫片的基本组分分类按组成垫片的基本组分分类按组成垫片的基本组分分类l l植物质植物质植物质植物质l l动物质动物质动物质动物质l l矿物质矿物质矿物质矿物质l l橡胶质橡胶质橡胶质橡胶质l l合成树脂质合成树脂质合成树脂质合成树脂质l l石墨质石墨质石墨质石墨质l l纤维增强弹性体纤维增强弹性体纤维增强弹性体纤维增强弹性体第十四页,共41页。专有和保密信息 2008 江森自控(z k
24、n)有限公司 版权所有15非金属非金属非金属非金属密封材料密封材料密封材料密封材料石棉石棉石棉石棉密封材料密封材料密封材料密封材料非石棉非石棉非石棉非石棉密封材料密封材料密封材料密封材料橡胶橡胶橡胶橡胶密封材料密封材料密封材料密封材料PTFEPTFEPTFEPTFE密封材料密封材料密封材料密封材料普通普通PTFEPTFE填充填充PTFEPTFE膨体膨体PTFEPTFE微孔微孔PTFEPTFE柔性石墨柔性石墨柔性石墨柔性石墨密封材料密封材料密封材料密封材料非石棉纤维增强非石棉纤维增强非石棉纤维增强非石棉纤维增强橡胶密封材料橡胶密封材料橡胶密封材料橡胶密封材料非石棉纤维非石棉纤维非石棉纤维非石棉纤
25、维编织盘根编织盘根编织盘根编织盘根天然橡胶(天然橡胶(NRNR)丁腈橡胶(丁腈橡胶(NBRNBR)氯丁橡胶(氯丁橡胶(CRCR)丁苯橡胶(丁苯橡胶(SBRSBR)乙丙橡胶(乙丙橡胶(EPDMEPDM)硅橡胶(硅橡胶(MQMQ)氟橡胶(氟橡胶(FKMFKM)其他非石棉其他非石棉其他非石棉其他非石棉密封材料密封材料密封材料密封材料皮革皮革皮革皮革纸张纸张纸张纸张塑料塑料塑料塑料云母云母云母云母等等等等石棉石棉石棉石棉橡胶板橡胶板橡胶板橡胶板石棉密封石棉密封石棉密封石棉密封填料填料填料填料柔性石墨金属柔性石墨金属复合密封材料复合密封材料(柔性)石墨(柔性)石墨纤维橡胶纤维橡胶复合材料复合材料五、五、
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