平墊片密封原理與設(shè)計(jì)

1、 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有1 平墊片密封原理及設(shè)計(jì)平墊片密封原理及設(shè)計(jì) 2011-02-18 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有2 內(nèi)內(nèi) 容容 一、密封的分類一、密封的分類 二、墊片密封定二、墊片密封定義義 三、墊片密封分類三、墊片密封分類 四、墊片密封原理四、墊片密封原理 五、非金屬墊片特點(diǎn)及分類五、非金屬墊片特點(diǎn)及分類 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 七、平墊片密封設(shè)計(jì)七、平墊片密封設(shè)計(jì) 八、八、其它設(shè)計(jì)方法其它設(shè)計(jì)方法 九、九、密封墊片的選擇密封墊片的選擇 十、十、墊片墊片選用選用原則原則 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司

2、 版權(quán)所有 3 一、密封分類一、密封分類 密封形式密封形式 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有4 墊片是一種夾持在兩個(gè)獨(dú)立的連接件之間（法蘭）的材料或材料組合，其作用是在預(yù)定 的使用壽命內(nèi)，保持兩個(gè)連接件間的密封。墊片必須能夠密封接合面，并保證密封介質(zhì)不滲墊片必須能夠密封接合面，并保證密封介質(zhì)不滲 透和不被腐蝕，能經(jīng)受溫度和壓力等的作用透和不被腐蝕，能經(jīng)受溫度和壓力等的作用。 墊片密封是化學(xué)、煉油、醫(yī)藥、食品、機(jī)械和電力等工業(yè)部門中壓力容器、工藝設(shè)備、 動(dòng)力機(jī)器和連接管道等可拆接頭處最主要的靜密封形式。它們所處的工況條件復(fù)雜，密封的 流體范圍廣泛，防止密封流體通過這些接頭處泄

3、漏出來，是工廠面對(duì)的最重要也是最艱巨的 任務(wù)。雖然墊片密封與泵軸、閥桿、攪拌器軸等密封相比，其泄漏量比較小，但其用量卻比 它們多得多，因此成為工廠泄漏和易揮發(fā)有機(jī)物逸出的主要源頭，它們不僅嚴(yán)重污染環(huán)境， 而且造成產(chǎn)品損失相當(dāng)可觀，墊片密封的重要性也就不喻而言了。 二、墊片密封的定二、墊片密封的定義義 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有5 l 按墊片使用的密封方式，可分為： 1） 2） 三、墊片密封的分類三、墊片密封的分類 緊固型緊固型 有間隙有間隙 緊合型緊合型 無游隙無游隙 高壓狀態(tài)下的使用，在法蘭之間沒有間隙的狀態(tài)下施高壓狀態(tài)下的使用，在法蘭之間沒有間隙的狀態(tài)下施 加緊固

4、后，再次施加更大的緊固力使法蘭相互緊固。加緊固后，再次施加更大的緊固力使法蘭相互緊固。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 由于內(nèi)壓的影響，使法蘭由于內(nèi)壓的影響，使法蘭間隙擴(kuò)大的力間隙擴(kuò)大的力和緊固法蘭間和緊固法蘭間 隙的力保持著平衡，密封墊片的實(shí)際壓緊力變化較少。隙的力保持著平衡，密封墊片的實(shí)際壓緊力變化較少。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 緊固時(shí)需要進(jìn)行扭矩控制，作為用于緊合型的密封墊緊固時(shí)需要進(jìn)行扭矩控制，作為用于緊合型的密封墊 片，必須對(duì)密封墊片的硬度進(jìn)行設(shè)計(jì)。片，必須對(duì)密封墊片的硬度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 一般狀態(tài)下使用，在法蘭之間有間隙的狀態(tài)下使用，一般狀態(tài)下使用，在法蘭之間有間隙的狀態(tài)下使用， 及相對(duì)低壓的狀態(tài)下使用。及相對(duì)低壓的狀態(tài)下

5、使用。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 緊固較為簡單，可以追加緊固。緊固較為簡單，可以追加緊固。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 由于內(nèi)壓而使法蘭之間產(chǎn)生間隙，密封墊片可在復(fù)由于內(nèi)壓而使法蘭之間產(chǎn)生間隙，密封墊片可在復(fù) 原區(qū)域內(nèi)使用，因?yàn)槊芊鈮|片的面壓降低，所以容易產(chǎn)原區(qū)域內(nèi)使用，因?yàn)槊芊鈮|片的面壓降低，所以容易產(chǎn) 生泄漏。生泄漏。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有6 l 按密封墊片工作時(shí)受力情況，可分為： 強(qiáng)制式密封強(qiáng)制式密封： 完全靠外力（螺栓）對(duì)墊片施加載荷實(shí)現(xiàn)密封。 自緊式密封自緊式密封： 主要利用介質(zhì)的壓力對(duì)墊片施加載荷實(shí)現(xiàn)密封。 半自緊式密封半自緊式密封： 上述兩種方法的組合。 l 按工作壓力，可分為低壓

6、、中低壓、高壓、超高壓密封： 低壓密封低壓密封 P1.568MPa 中低壓密封中低壓密封 0.098MPa P9.8MPa 高壓密封高壓密封 9.8MPaP98MPa 三、墊片密封的分類三、墊片密封的分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有7 四、密封原理四、密封原理 密封原理：密封原理： 如密封面完全光滑、平行，并有足夠的剛度，它們可以依靠 緊固件夾持在一起，無須墊片可達(dá)到密封的目的（即無墊密封）。 在實(shí)際中：1，密封面存在粗糙度， 2，不絕對(duì)平行， 3，剛度不是無限大， 4，各緊固件剛度不同和分散排列，造成密封面 載荷在圓周方向上不均勻 為了彌補(bǔ)這種不均勻的載荷和相應(yīng)的變

7、形，在兩連接件密封 面間放入一墊片，使之適應(yīng)密封面的不規(guī)則性。 利用墊片形成物理壁壘以阻止介質(zhì)的流動(dòng)，防止泄漏的發(fā)生 1，最大程度使接觸面嵌合減小間隙 2，減小泄漏通道的截面積，增加泄漏阻力，使泄漏阻力其大于泄 漏介質(zhì)的推動(dòng)力 3，通過壓緊墊片使其產(chǎn)生塑性變形，填平法蘭密封面的微小凹凸 不平，以實(shí)現(xiàn)密封。 墊片壓緊前墊片壓緊前 墊片壓緊后墊片壓緊后 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有8 四、密封原理四、密封原理 法蘭系統(tǒng) 泄漏通道 介質(zhì)從有限空間內(nèi)部流動(dòng)到外部或從外部進(jìn)入有限空間內(nèi)部 接觸面上存在間隙間隙，接觸面兩側(cè)的壓力差、濃度差壓力差、濃度差等是泄漏的推動(dòng)力 就墊片密封而

8、言，通常密封流體在墊片結(jié)合處的泄漏有3種情況，如圖所示。 1,界面泄漏界面泄漏 2,滲透泄漏滲透泄漏 3,吹出泄漏吹出泄漏 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有9 四、密封原理四、密封原理 三種泄漏方式 1，界面泄漏：界面泄漏： 兩連接件表面（下稱密封面），從機(jī)械加工的微觀紋理來看，存在粗糙度和變形的問題，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，占總泄漏量的80%90%。 2，滲透泄漏滲透泄漏： 對(duì)非金屬材質(zhì)的一類墊片而言，從材料的微觀結(jié)構(gòu)來看，本身存在的微小縫隙或細(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漏出來，此稱為滲透泄漏，它占總泄漏量

9、的10%20%。 3，密封面分離和吹出泄漏：密封面分離和吹出泄漏： 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時(shí)，就導(dǎo)致了密封面 的分離。這里若增加流體壓力，則對(duì)機(jī)械完整性很差的墊片，如操作期間材料發(fā)生劣化的墊片，沿墊片 徑向作用的流體壓力就會(huì)將其撕裂，引起密封流體的大量泄放，此被稱為吹出泄漏，它屬于一種事故性 泄漏。 A，對(duì)于（，對(duì)于（2）：通過不同材料的復(fù)合或機(jī)械組合形成不滲透性結(jié)構(gòu)，或者使用較）：通過不同材料的復(fù)合或機(jī)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(shí)，減少以至消除泄漏；大的夾緊力使材料更加密實(shí)，減少以至消除泄漏； B，對(duì)于（，對(duì)于（1

10、）和（）和（3）：與墊片材料性質(zhì)、接頭的機(jī)械特征、結(jié)合面的性質(zhì)與狀態(tài)、）：與墊片材料性質(zhì)、接頭的機(jī)械特征、結(jié)合面的性質(zhì)與狀態(tài)、 密封流體的特性以及緊固件夾緊程度等有關(guān)。它們也是解決墊片密封設(shè)計(jì)、安裝、密封流體的特性以及緊固件夾緊程度等有關(guān)。它們也是解決墊片密封設(shè)計(jì)、安裝、 使用以及密封失效分析等問題的關(guān)鍵。使用以及密封失效分析等問題的關(guān)鍵。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有10 四、密封原理四、密封原理 由墊片密封的結(jié)構(gòu)和墊片的密封原理可以看出，對(duì)墊片的要求：由墊片密封的結(jié)構(gòu)和墊片的密封原理可以看出，對(duì)墊片的要求： l具有具有一定的壓縮變形能力一定的壓縮變形能力可發(fā)生彈塑性

11、變形填補(bǔ)密封表面上的凹凸 不平造成的間隙 l具有一定的具有一定的強(qiáng)度和強(qiáng)度和剛性剛性以保持一定的形狀和抵抗變形的能力防止在 系統(tǒng)的滿載壓縮應(yīng)力下被擠出密封面或壓潰 l具有一定回彈能力具有一定回彈能力具有回彈能力回彈率補(bǔ)償在介質(zhì)壓力下緊固系 統(tǒng)的變形。 l具有具有抗蠕變能力抗蠕變能力防止墊片在高溫下蠕變實(shí)效 而而墊片墊片從使用上又從使用上又包括初始密封和工作密封兩個(gè)作用機(jī)理。包括初始密封和工作密封兩個(gè)作用機(jī)理。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有11 四、密封原理四、密封原理 通過對(duì)墊片進(jìn)行壓縮，使其與密封面間產(chǎn)生足夠的壓力（墊片預(yù)緊應(yīng)力， 初始?jí)|片比壓，以阻止介質(zhì)通過材料本身

12、的滲透阻止介質(zhì)通過材料本身的滲透，同時(shí)保證墊片對(duì)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的變形和表面粗糙度，以堵塞界面泄漏的通道。 墊片預(yù)緊應(yīng)力是否能夠作到初始密封，與使用的墊片材料密切相關(guān)，不同 的材料在相同的壓縮量下得到的墊片應(yīng)力是不相同的，自然同樣密封要求下所 能密封的介質(zhì)壓力也不一樣，或者說相同的介質(zhì)壓力下，得到的密封度不同。 當(dāng)初始?jí)|片應(yīng)力作用于墊片后，它必須在裝置的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)保持足夠的應(yīng) 力，以維持允許的密封度。因?yàn)檠b置在流體壓力作用下，密封面將被迫分離，密封面將被迫分離，

13、 墊片必須通過彈性應(yīng)變以彌補(bǔ)該分離量，并且殘余維持密封所需要的工作（殘墊片必須通過彈性應(yīng)變以彌補(bǔ)該分離量，并且殘余維持密封所需要的工作（殘 余墊片應(yīng)力余墊片應(yīng)力。該彈性應(yīng)變必須補(bǔ)償裝置長期運(yùn)行過程中任何可能發(fā)生的墊片 應(yīng)力的松弛，包括熱松弛、螺栓應(yīng)力松弛等。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有12 四、密封原理四、密封原理 理論上，墊片墊片 預(yù)緊應(yīng)力越大，墊預(yù)緊應(yīng)力越大，墊 片中貯存的彈性應(yīng)片中貯存的彈性應(yīng) 變能也越大，因而變能也越大，因而 可用于補(bǔ)償分離或可用于補(bǔ)償分離或 松弛的余地也就越松弛的余地也就越 大大，但密封材料本 體的最大彈性承載 能力是其極限； 實(shí)際上，墊片

14、預(yù)緊應(yīng)力的合理值 取決于密封材料與 結(jié)構(gòu)、密封度、環(huán) 境因素、使用壽命 以及經(jīng)濟(jì)性等因素。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有13 五、五、 墊片分類墊片分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有14 五、非金屬墊片特點(diǎn)及分類五、非金屬墊片特點(diǎn)及分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有15 五、五、 墊片分類墊片分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有16 五、五、 墊片分類墊片分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有17 五、五、 墊片分類墊片分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有18

15、 類型 適用條件 最高溫度/最大壓力/MPa介質(zhì) 紙質(zhì)墊片1000.1燃料油、潤滑油等 軟木墊片1200.3油、水、溶濟(jì) 天然橡膠（NR）1001水、海水、空氣、惰性氣體、鹽溶液、中等酸、堿等 丁腈橡膠(NBR)1001石油產(chǎn)品、脂、水、鹽溶液、空氣、中等酸、堿、芳烴等 氯丁橡膠（CR）1001水、鹽溶液、空氣、石油產(chǎn)品、脂、致泠劑、中等酸、堿等 丁苯橡膠(SBR)1001水、鹽溶液、飽和蒸汽、空氣、惰性氣體、中等酸、堿等 乙丙橡膠(EPDM)1751水、鹽溶液、飽和蒸汽、中等酸、堿等 硅橡膠（MQ）2301水、脂、酸 氟橡膠（FKM）2601水、石油產(chǎn)品、酸等 石棉橡膠墊片4506水、水蒸汽

16、、空氣、惰性氣體、鹽溶液、油類、溶濟(jì)、中等酸、堿等。 聚四氟乙烯墊片260（限150）2 強(qiáng)酸、堿、水、蒸汽、溶劑、烴類等 純車削板2608.3 填充板260（限200）5.5 膨脹帶26017.2 金屬增強(qiáng) 柔性石墨墊片650（蒸汽） 5酸（非強(qiáng)氧化性）、堿、蒸汽、溶劑、油類等 純450(氧化性介質(zhì)) 金屬增強(qiáng)2500（還原性、惰性介 質(zhì)） 無石棉橡膠墊片370（連續(xù)205） 14視粘接劑（SBR、NBR、CR、EPDM等）而定有機(jī)纖維增強(qiáng)425（連續(xù)290） 無機(jī)纖維增強(qiáng) 五、五、 墊片分類墊片分類 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有19 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要

17、力學(xué)性能 壓壓縮縮率率壓縮性指初始?jí)嚎s后墊片厚度的改變量，表征了墊片剛性的大小。墊片都有 一定的彈塑性變形，能適應(yīng)法蘭對(duì)的密封面的撓曲變形、波度和表面粗糙度，利于密封的形 成，其直接決定可靠密封的形成。 回彈回彈率率當(dāng)壓縮載荷卸除后墊片厚度的回復(fù)量，它對(duì)工作時(shí)因介質(zhì)壓力或其他原因引 起的密封面分離進(jìn)行了補(bǔ)償，高的回彈能力確保密封面具有足夠的殘余載荷以保持接頭的密 封能力。回彈率比壓縮率更具重要性。 P M 加載荷后厚度 (P-M) R (R-M) 卸載后厚度 C=(P-M) / P 100% R =(R-M) / (P-M) 100% C壓縮率，%； R回彈率，%； P -墊片的原始厚度，mm

18、； M-墊片在載荷下的厚度，mm； R -墊片在卸除載荷下的厚度，mm。 原始厚度 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有20 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 l壓縮率是密封墊片的一項(xiàng)十分重要的性能。密封墊片作為一種可壓縮元件，壓縮是為了通過預(yù)緊 力使 墊片發(fā)生彈性或塑性變形，一方面填補(bǔ)密封表面的泄漏缺陷，另一方面消除密封材料內(nèi)部的 空隙，以阻止流體介質(zhì)通過密封材料本身滲透及密封面之間的泄漏。因此密封墊片需要具有一定的 壓縮變形率。 l通常法蘭密封面不平整、表面缺陷較深，設(shè)備不允許較高壓緊力時(shí)，要求墊片有較大壓縮率。 l回彈率作為密封墊片的另一項(xiàng)十分重要的性能，反映密封

19、墊片在工作時(shí)，由于溫度、內(nèi)壓等引起 的軸向推力使密封面發(fā)生分離，墊片壓緊力將趨于下降，又要求墊片有足夠的回彈能力以彌補(bǔ)改分 離量且保持墊片與密封面之間有足夠的殘余壓緊力，以維持密封作用的能力。 l一般密封墊片均希望回彈率越大越好，但它與壓縮率是相互矛盾的。 l理想墊片是具有較大的壓縮率，最大的回彈率。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有21 不同材料和結(jié)構(gòu)形式的墊片的壓縮率和回彈率是不相同的，壓縮率通常是一個(gè)范圍，如 壓縮石棉或非石棉纖維橡膠板，壓縮率為7%17%，而回彈率則大于40%50%。它們還受 到溫度、厚度和墊片應(yīng)力等因素的影響。 對(duì)墊片的壓縮-回彈性除了評(píng)價(jià)其數(shù)值大

20、小外，還應(yīng)從不同墊片的壓縮-回彈曲線，特別 是卸載部分回復(fù)曲線的斜率觀察，這一斜率越大，墊片的彈性補(bǔ)償能力越大，墊片應(yīng)力的損 失越小，即越容易適應(yīng)載荷的循環(huán)作用或密封的穩(wěn)定性越好。實(shí)際壓縮-回彈曲線圖中壓縮 曲下的面積代表壓縮 所作的全部功，這些功將以彈性應(yīng)變通的形式貯存于 墊片中，該面積越大則表明墊片彈性補(bǔ)償?shù)臐摿υ酱螅?而回彈曲線下的面積則表示墊片卸載時(shí)釋放出來的彈 性應(yīng)變能，顯然曲線包圍部分的面積代表了墊片的剛 性大小。因此在評(píng)價(jià)墊片的壓縮性和回彈性時(shí)，不但 要求合適的壓縮性和最大的回彈率，還要求有墊片的 最佳壓縮-回彈曲線。 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 專有和保密信息 2

21、008 江森自控有限公司 版權(quán)所有22 因?yàn)閴|片主要承受壓縮作用，理論上沒有拉伸強(qiáng)度墊片也不會(huì)發(fā)生問題，但在 實(shí)際使用中，即使在一般場合，墊片也必須具有基本的拉伸強(qiáng)度，如表2-18所示。 這不僅是構(gòu)成材料的需要，也是墊片抵抗壓力介質(zhì)撕裂或吹出的需要。對(duì)于用各種 橡膠粘結(jié)纖維增強(qiáng)板材通過通常壓縮法制成的非金屬墊片，由于橫向拉伸強(qiáng)度和縱 向拉伸強(qiáng)度常常是不相同的，而且前者往往比后者低，所以拉伸強(qiáng)度一般是指橫向 拉伸強(qiáng)度。其他半金屬墊片和金屬墊片，拉伸強(qiáng)度比非金屬板材高得多，因此不是 主要考慮的因素。 壓潰強(qiáng)度如前所述，墊片應(yīng)力越大，泄漏就越少。但是應(yīng)力太大，墊片就會(huì) 被壓潰，或者壓縮時(shí)已經(jīng)碎裂。因

22、此在測試壓縮墊片的全過程中，總會(huì)存在發(fā)生 壓潰的極限載荷，即墊片的壓潰強(qiáng)度。壓潰強(qiáng)度也與工作溫度和墊片厚度有關(guān)。 例如，1.5mm厚的石棉橡膠板室溫下的壓潰強(qiáng)度為110Mpa，而3mm厚的石棉橡 膠板僅為60Mpa；同樣的墊片，300時(shí)的壓潰強(qiáng)度分別是72Mpa和38Mpa。不 同構(gòu)造材料和形式的墊片壓潰強(qiáng)度自然也不一樣，如與上述同樣厚度和溫度下的 橡膠粘結(jié)非石棉纖維（芳綸纖維）板，300時(shí)的壓潰強(qiáng)度僅為45Mpa（1.5mm） 和30Mpa（3mm）。在溫度下測得的壓潰強(qiáng)度也稱熱壓縮強(qiáng)度。 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有23 六

23、、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 墊片能否抵抗吹出，不但取決于材料的拉伸強(qiáng)度，還與墊片應(yīng)力、操作壓力和 工作溫度有關(guān)。材料的拉伸強(qiáng)度受溫度影響，溫度越高，拉伸強(qiáng)度越低；操作壓力 越大，墊片承受的拉伸應(yīng)力則越大；墊片應(yīng)力越低，墊片與密封面間的摩擦系數(shù)越 小，則阻止墊片吹出的阻力越小。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有24 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 墊片發(fā)生蠕變后螺墊片發(fā)生蠕變后螺 栓伸長量的減少量栓伸長量的減少量 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有25 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 應(yīng)力松馳不是材料的基本性質(zhì)，應(yīng)力松馳受墊片

24、材料的蠕變以及接頭中其他零件的影響， 只有蠕變才是墊片材料的基本性質(zhì)，墊片的蠕變松馳性能是影響接頭密封性能的一項(xiàng)十分重 要的力學(xué)性能，它的最直接結(jié)果是墊片應(yīng)力的下降，最終接頭趨向泄漏，甚至發(fā)生墊片從密 封面處吹出的情況。 從墊片預(yù)緊到使用初期，蠕變變形 速度逐漸降低，之后趨于平穩(wěn)，但隨著 使用時(shí)間的延長，墊片內(nèi)部材料的老化 及結(jié)構(gòu)的緩慢變化，蠕變速率會(huì)加快， 最終導(dǎo)致墊片密封性能的下降甚至出現(xiàn) 泄漏。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有26 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 每種墊片材料都有它的最高使用溫度，超過此溫度，就不能安全使用；當(dāng)然，每種墊片 也有最大使用壓力

25、，PT性能表示了材料允許的最高使用溫度和最大使用壓力的匹配關(guān)系。 例如對(duì)于非金屬墊片材料其溫度的極限值是150，而極限壓力是100Mpa，但不能同時(shí) 在150的溫度和10Mpa的壓力下使用。因此用PT值或PT關(guān)系圖來表示非金屬墊片材料可以 允許的最高使用溫度和最大使用壓力的匹配關(guān)系。 舉例來說，橡膠粘結(jié)合成 纖維（芳綸）板，其最大PT值 為12000bar（厚度1.6mm）， 即當(dāng)使用壓力的100bar時(shí)， 最高使用溫度是120，如果 使用溫度為了200，那么最大 使用壓力就是60bar，如此等等。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有27 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)

26、性能 高溫對(duì)墊片接頭的性能通常有不利影響。例如高溫會(huì)使墊片力學(xué)性能包括拉伸強(qiáng)度、 回彈率（彈性模量）和承載能力等發(fā)生劣化，再如大多數(shù)橡膠粘結(jié)石棉或非石棉纖維材 料（除柔性石墨外）遇高溫會(huì)發(fā)生分解、粉化或永久變形分解、粉化或永久變形，其最高使用壓力隨溫度增加 而降低。其次，高溫對(duì)墊片蠕變或松馳的加強(qiáng)作用也是顯而易見的，例如在相同的載荷 下，石棉橡膠墊片200的松馳達(dá)到室溫下的3.5倍；而作為代替石棉的柔性石墨墊片在 氧化性介質(zhì)中的連續(xù)工作溫度也應(yīng)考慮不超過343。墊片的熱膨脹或收縮改變了墊片的 應(yīng)力，因而其密封能力也相應(yīng) 發(fā)生改變。此外，熱波動(dòng)或熱 循環(huán)在接頭中會(huì)引起聯(lián)合的墊 片變形棘輪和應(yīng)力棘

27、輪效應(yīng)， 如圖所示，而這種影響取決于 墊片的粘塑性和對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變的 非線性響應(yīng)以及溫度等因素。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有28 六、墊片主要力學(xué)性能六、墊片主要力學(xué)性能 各墊片制造廠商生產(chǎn)的墊片存在差異。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有29 七、墊片密封設(shè)計(jì)理論七、墊片密封設(shè)計(jì)理論 緊密的螺栓法蘭墊片結(jié)構(gòu)必須在安裝時(shí)將墊片預(yù)緊到一定的載荷，然后當(dāng)操作（承 壓）時(shí)，墊片上必須保持足夠的最低載荷。這些操作和預(yù)緊要求的載荷都是基于ASME規(guī)范 推薦的m和y兩個(gè)系數(shù)。 （1）最小壓緊力）最小壓緊力Y（預(yù)緊比壓）（預(yù)緊比壓） 定義為預(yù)緊（無內(nèi)壓）時(shí)，迫使墊

28、片變形和壓緊面密合，以形成初始密封條件，此時(shí)墊 片所必需的最小壓緊載荷。因以單位接觸面積上的壓緊載荷計(jì)，故也稱“最小壓緊應(yīng)力”， 單位是MPa。 Y值是墊片的固有值，只與密封墊片本身的材料、形狀有關(guān)，而與介質(zhì)的種類及內(nèi)壓的 大小無關(guān)。 （2）墊片系數(shù)）墊片系數(shù)m 指操作（有內(nèi)壓）時(shí)，達(dá)到緊密不漏，墊上所必須維持的比壓與介質(zhì)壓力的比值。墊片 系數(shù)m的大小反映了該墊片在實(shí)際工況下實(shí)現(xiàn)密封的難易程度。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有30 七、墊片密封設(shè)計(jì)理論七、墊片密封設(shè)計(jì)理論 如圖所示為墊片工作時(shí)的變形情況。首先， 在外加壓緊力F0的作用下，墊片的初始?jí)嚎s量 為0，設(shè)墊片的承

29、壓面積為Ag，則墊片所受的 平均預(yù)緊壓力為： 若管道內(nèi)壓為Pi，密封端蓋中壓力為 方向與F0相反，在此壓力作用下，墊片被防松 回彈，回彈量為，墊片上的壓緊應(yīng)力為： Ae為法蘭蓋實(shí)際承壓面積 ieP A 2 *25. 0rpi 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有31 七、墊片密封設(shè)計(jì)理論七、墊片密封設(shè)計(jì)理論 通過試驗(yàn)得出墊片的密封特性曲線，墊片壓緊放松到一定程度時(shí)候即出現(xiàn)泄漏，在密 封特性曲線上反映這一點(diǎn)的是c，也就是所墊片密封所需要的最小壓緊應(yīng)力為c，c對(duì)應(yīng)于 一定的內(nèi)壓Pic，當(dāng)預(yù)緊應(yīng)力小于c時(shí)，墊片不能做到有效的密封，所以c是墊片密封與未 密封的分界點(diǎn)，也稱為“漏點(diǎn)”，是

30、壓緊程度的最低極限。 在開始出現(xiàn)泄漏是，墊片的有效壓緊應(yīng)力與內(nèi)壓之比為： m為墊片系數(shù)，它與墊片的規(guī)格、尺寸、形狀、使用溫度、 壓力及法蘭密封面粗糙度等因素有關(guān)。 墊片系數(shù)m是設(shè)計(jì)、選擇密封墊的重要參數(shù)，保證密封的 必要條件是： 實(shí)際上，在設(shè)計(jì)墊片密封時(shí)，密封墊的最小壓緊應(yīng)力Y和墊片系數(shù)m必須同時(shí)滿足，即 應(yīng)符合下面條件： Ae和Ag是在使用條件下給定的，墊片系數(shù)m和Y值可以在墊片樣本上找到，因此利用該 公式就可以計(jì)算墊片尺寸。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有32 七、墊片密封設(shè)計(jì)理論七、墊片密封設(shè)計(jì)理論 124.15.50環(huán)形金屬密封墊片環(huán)形金屬密封墊片 純鐵、極軟鋼純

31、鐵、極軟鋼 166.7 柔性石墨板密封墊片柔性石墨板密封墊片 3.0mm 3.0mm 1.5mm 196.125.52.751.5mm 19.64.0 49.019.62.5 橡膠板密封墊片橡膠板密封墊片 允許緊固壓力允許緊固壓力 MPa 最小設(shè)計(jì)緊固壓力最小設(shè)計(jì)緊固壓力 yN/mm2 0.8mm 294.268.93.00纏繞密封墊片纏繞密封墊片 147.111.02.00 294.244.83.50 壓縮板密封墊片壓縮板密封墊片 49.0 14.73.5 PTFE包覆包覆 密封墊片密封墊片 39.222.53.2 PTFE板板 密封墊片密封墊片 14.71.40.50 密封墊片系數(shù)密封墊片

32、系數(shù) m 密封墊片的種類密封墊片的種類 3.0mm 2.0mm m值、Y值以及允許緊固壓力參考，詳細(xì)參照各墊片樣本 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有33 八、其它設(shè)計(jì)方法八、其它設(shè)計(jì)方法 1、DIN2505 規(guī)范設(shè)計(jì)方法規(guī)范設(shè)計(jì)方法 DIN2505螺栓法蘭連接設(shè)計(jì)方法根據(jù)法蘭、螺栓和墊片間互相依賴關(guān)系，從剛度、強(qiáng)度 和密封的角度統(tǒng)一考慮連接設(shè)計(jì)，通過“載荷變形”圖檢驗(yàn)連接的密封性能。 DIN2505法蘭設(shè)計(jì)方法是基于塑性極限強(qiáng)度理論的計(jì)算方法。該方法主要考慮法蘭和殼 體整個(gè)組合的塑性破壞力矩，并由此確定法蘭最小破壞力矩截面。依據(jù)極限設(shè)計(jì)理論，按最 大塑性力矩來確定法蘭尺寸，

33、因而法蘭結(jié)構(gòu)尺寸通常較小。 2、 ASME規(guī)范設(shè)計(jì)新方法規(guī)范設(shè)計(jì)新方法 與傳統(tǒng)ASME規(guī)范設(shè)計(jì)方法相比，新方法中法蘭的彈性應(yīng)力分析和強(qiáng)度評(píng)定準(zhǔn)則基本保 持不變。新方法的基本特點(diǎn)是將法蘭連接的密封設(shè)計(jì)建立在泄漏準(zhǔn)則上密封設(shè)計(jì)建立在泄漏準(zhǔn)則上，即在設(shè)計(jì)螺栓載荷 下，法蘭密封面與墊片之間建立的墊片應(yīng)力保證了操作壓力下接頭處的泄漏率不超過設(shè)計(jì)要 求的泄漏率。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有34 九、密封墊片的選擇九、密封墊片的選擇 在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，應(yīng)將墊片法蘭螺栓作為一個(gè)不可分割的系統(tǒng)進(jìn)行考慮， 任意一個(gè)因素都會(huì)導(dǎo)致密封的泄漏。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所

34、有35 九、密封墊片的選擇九、密封墊片的選擇 1、易揮發(fā)有機(jī)物的逸出要求、易揮發(fā)有機(jī)物的逸出要求 隨著對(duì)健康和環(huán)保的高度重視，新的更嚴(yán)格的控制易揮發(fā)的有機(jī)物逸出的標(biāo)準(zhǔn)和法律出臺(tái) ，而減少來自法蘭接頭的逸出就成為優(yōu)先考慮的因素。因此，出現(xiàn)了多種密封性能更好的材料， 包括無石棉材料的墊片。由于它們具有不同的性能和局限性，因此正確選擇、安裝、使用和維護(hù) 這類墊片以得到最佳密封性能就變得尤其重要。 2、介質(zhì)、介質(zhì) 墊片應(yīng)在全程工作條件下不受密封介質(zhì)的影響，包括抗高溫氧化性、抗化學(xué)腐蝕性、抗溶 劑性、抗?jié)B透性等，顯然墊片材料墊片材料對(duì)介質(zhì)的化學(xué)耐蝕性的好壞是選擇墊片的首要條件首要條件。 3、溫度、溫度

35、所選用的墊片應(yīng)該在最高或最低的工作溫度下有合理的使用壽命。如前所述，為了在工作 條件下保持密封，墊片材料應(yīng)能耐受蠕變，以降低墊片應(yīng)力松馳。室溫下，大多數(shù)墊片材料沒有 大的蠕變，但隨著溫度的升高（超過100），除大多數(shù)金屬墊片外，蠕變變得嚴(yán)重了。因此最 容易區(qū)分墊片質(zhì)量優(yōu)劣的是墊片在不同溫度下的蠕變松馳性能。除了短期能耐受的最高或最低工 作溫度外，應(yīng)考慮允許連續(xù)工作的溫度，通常該溫度應(yīng)低于最高工作溫度和高于最低工作溫度。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有36 九、密封墊片的選擇九、密封墊片的選擇 4、壓力、壓力 墊片必須承受最大的工作壓力。這種壓力可以是試驗(yàn)壓力，因?yàn)樗赡苁?/p>

36、最大工作壓力的 1.251.5倍。對(duì)于非金屬材料的墊片，因其PT值有一極限值，所以在選擇其最大工作壓力時(shí) ，要考慮墊片所能承受的最高工作溫度，尤其是飽和水蒸氣，其蒸汽壓力越高，蒸汽溫度也就 越高。用于真空操作條件下的墊片也要做特殊考慮，對(duì)于一般真空（7601Torr）（ 1Torr=133.322Pa）可采用橡膠或橡膠粘結(jié)纖維壓縮墊片；對(duì)于較高真空（1110-7Torr） 可用橡膠O形環(huán)或矩形模壓密封條；對(duì)于很高真空（110-7Torr以上），則需采用特殊的密封 材料和結(jié)構(gòu)形式。 5、法蘭密封面狀態(tài)、法蘭密封面狀態(tài) 不同的墊片形式和應(yīng)用場合，對(duì)密封面的狀態(tài)要求不一樣，柔性墊片對(duì)密封面的粗糙度要

37、 求不是很高，也允許存在一定的不平度。 專有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版權(quán)所有37 九、密封墊片的選擇九、密封墊片的選擇 6、其它考慮、其它考慮 1）循環(huán)載荷 如果溫度和壓力存在頻繁的波動(dòng)，則墊片必須有足夠的回彈能力。 2 ）振動(dòng) 如果管線有振動(dòng)，那么墊片就必須能經(jīng)受反復(fù)的高循環(huán)應(yīng)力作用。 3）磨損 某些含懸浮顆粒的介質(zhì)會(huì)磨損墊片，以致縮短墊片的使用壽命。 4） 污染介質(zhì) 如果密封介質(zhì)是飲用水、血漿、藥品、食品、啤酒等，要考慮墊片材料的化學(xué)物 質(zhì)污染介質(zhì)，需采用符合食品和醫(yī)藥衛(wèi)生要求的PTFE或橡膠等材料。 5） 法蘭腐蝕 某些金屬（如奧氏體不銹鋼耐酸鋼）有應(yīng)力腐蝕開裂傾向，應(yīng)保證墊片材料不含 會(huì)引起各種腐蝕的超量雜質(zhì)，如核電站不銹鋼耐酸鋼法蘭用的柔性石墨墊片要求氯離子含量不 超過50mgkg-1。 6） 安全性 如果密封高度毒性的化學(xué)品，則要求墊片具有更大的安全性。例如對(duì)液化氣系統(tǒng)， 選用纏繞墊片較佳，且宜選用帶外環(huán)形式的，使之具有較高的抗吹出能力。此外，對(duì)石油煉制 廠，還有防火的要求。例如，對(duì)于輸送易燃液體的管道系統(tǒng)，非金屬墊片用于全平面或突面法 蘭上的最高使用壓力為5Mpa，最高使用溫度為400。 7） 經(jīng)濟(jì)性 雖然墊片相對(duì)比較便宜，但在選擇墊片的品質(zhì)、類型和材料時(shí)，應(yīng)考慮到泄漏造成 的物料流失、停工損失以及發(fā)生重大破壞造成的經(jīng)濟(jì)后果，綜合考