新型双金属自密封复合垫片的研制开发.pdf

456
化工机被
2012年
新型双金属自密封复合墊片的研制开发
吴树济
(广州市东山南方密封件有限公司
摘要介绍了最新专利产品一一双金属自密封复合垫片的基本结构和工作原理及其特性,该垫片具
有与普通强制式密封垫片完全不同的压力自密封特性。实际使用表明:在使用其他垫片无法达到密封
的法兰联接上使用该新型垫片会获得很好的密封效果。
关键词压力自密封双金属自密封复合垫片波齿复合垫片平垫片
中图分类号TQ055.83
文献标识码
文章编号0254-6094(2012)04-045605
现代工业生产的大型化、高参数,尤其是大型获得国家专利授权-。双金属自密封复合墊片
石化企业、火力发电站及核电站等对密封件性能最大特点是根据压力自密封原理设计,它能利用
提出了愈来愈高的要求。寻求性能和结构更为优被密封介质的压力来提高垫片应力,从而使垫片
良的密封材料一直是密封技术工作者梦寐以求的始终保持良好的密封。
目标。近些年来墊片材料和结构方面均有一定改
基本结构特点及分类
进和发展,使密封技术有了不少的进步,但在密封
双金属自密封复合垫片的基本构造是由两片
件的结构方面并没有根本性的突破。大多数墊片金属叠合后在其外园周通过熔焊将其熔合在一起
的结构仍然是传统的由各种材料做成的平垫或复而形成整体结构的金属骨架,然后在骨架的外表
合垫,在密封原理上仍然是传统的强制密封。即面复合上非金属材料柔性石墨构成。目前,广州
使上世纪90年代初由笔者发明并研制生产的柔市东山南方密封件公司已按该项专利技术研制开
性石墨金属波齿复合垫片因结构新颖、密封性能发了两个品种的双金属自密封复合垫片;一种是
良好而成为新一代高性能垫片,并已广泛用于石在双金属骨架的外表面复合增强柔性石墨材料构
油化工和电力等部门并取得很好的效果而受到
成的“双金属自密封复合平垫片”(图1);另一种
大用户的好评2,也仍然未能突破强制密封的是为了提高垫片的综合性能,金属骨架的外表面
原理。也就是说,这些垫片在安装使用时必须通如同以往的柔性石墨金属波齿复合垫片一样设计
过强有力的螺栓力将法兰拉紧,在垫片上形成足加工成波齿状结构,从而形成由两片金属组成的
够的垫片应力オ能达到密封不漏。而在实际使用波齿状整体金属骨架,然后在骨架外表面复合适
时,一且原有的垫片预紧应力由于各种原因(例当厚度的柔性石墨材料构成的“双金属自密封波
如垫片材料本身的蠕变松弛特性、由内压力所形齿复合垫片”(图2)。两种产品分别适用于不同
成的轴向力、法兰联接中联接件与被联接件在温场合。
度发生变化时其变形不协调等)而降低,至一定
程度时就会发生明显泄漏。实际上,只要使用目
金属骨架
柔性石墨
复合板
前按强制密封原理设计制造的垫片,上述情况几
乎是难以避免的。为此,笔者提出一种新型复合
垫片ー一双金属自密封复合垫片,该复合垫片已
图1双金属自密封复合平垫片
吴树济,男,1941年9月生,高级工程师,总工程师,董事长。广东省广州市,510230。
万方数据
第39卷第4期
化工机械
457
D,
仍然存在与介质压力相当的附加应力,而使垫片
金属骨架
柔性石墨
仍能保持一定密封性。因为双金属自密封复合墊
片的附加垫片应力是由介质压力形成的,介质压
力越高,所形成的附加垫片应力也越大,随之其密
图2双金属自密封波齿复合垫片
封也越容易得到保证。可见双金属自密封复合墊
片具有与以往所有其他墊片完全不同的压力自密
2工作原理
封特性,因而成为与所有以往强制密封垫片完全
法兰联接中通过联接螺栓的拉紧在垫片上形不同的新型压力自密封垫片。
成初始预紧应力,在操作状态下其初始预紧应力3密封性能试验
会因各种原因而下降。对现有按强制密封原理设
为了验证双金属自密封复合垫片的密封特
计的普通垫片而言,垫片原有预紧应力的减少必性,特别是其压力自密封性能,笔者对双金属自密
然导致垫片密封能力下降,下降到一定程度时就封复合垫片进行密封性能试验,并和现有普通垫
会出现泄漏。但按压力自密封原理设计的双金属片进行对比。为了能更好地观察垫片的压力自密
自密封复合墊片则不同,在操作状态下,压力介质封性能,本试验采用低预紧应力,以便内压升高时
会滲透进入金属骨架的两金属片之间的微观缝在预紧应力进一步降低后来观察和测量垫片在此
隙。由于叠合在一起的金属骨架上下两金属片外
工况下的密封性。
园周边已被完全紧密地熔合在一起,介质不会从
本试验垫片加载系统由8个应力螺栓和应变
此处泄漏出去。进入两金属片之间微观缝隙处的仪(配备24点平衡箱)组成,可随时测量试验过
介质压力作用于两金属片的内表面,使两金属片程中法兰螺栓力的変化,因而亦可随时了解垫片
分别向外压向相应的法兰面,从而在双金属自密应力的变化。试样为双金属自密封波齿复合垫
封复合垫片的上下外表面与法兰面之间形成附加片,对比试样采用柔性石墨金属波齿复合垫片
的墊片应力。此附加的垫片应力随介质压力的存
之所以选择柔性石墨金属波齿复合墊片作为对
在而存在,其值可以达到介质的压力值。也就是
比,是因为在现有垫片类别中其密封性能比较好,
说在操作状态下双金属自密封复合整片的应力比而且在结构(自密封结构除外)和村料等方面两
相同操作情况的普通整片始终多出一种附加应者均较相似而易于比较。试样尺寸分别为:
力,其值与介质压力相当。这种附加应力的存在
双金属自密封波齿复合垫片152mmx
使原来因压力升高或其他原因而减少的垫片应力
4106mm x 3mm
得到了补偿或增加,从而使双金属自密封复合墊
柔性石墨金属波齿复合垫片149mmx
片具有比现有的其他垫片更好的密封性能。甚至
117mm×3mm
在极端情况下,即使双金属自密封复合垫片的预
双金属自密封波齿复合墊片与柔性石墨金属
紧应力因各种原因而丧失,但垫片与法兰面之间波齿复合垫片密封性能对比试验结果见表1。
表1试验结果对比
预贤螺栓
预紧应力试验压力内压轴向力升压后整片残余
垫片应力泄漏率
垫片名称
负荷
螺栓负荷预紧应力
MP
MP
MPA
双金属自密封
12838
2.0
25480
29753
0.47
0.000
波齿复合垫片
普通秉性石
13926
27244
30635
0,52
0.121
波齿复合垫片
从表1数据可以看到,两种垫片的试验条件封波齿复合垫片的预紧应力仅为1.4MPa,而普通
基本相同,垫片的预紧应力都很低(双金属自密柔性石墨金属波齿复合垫片虽略高些,但也仅为
万方数据