平垫片密封原理与设计ppt课件.ppt

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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有1平垫片密封原理及设计平垫片密封原理及设计2011-02-18变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 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

2、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、八、其它设计方法其它设计方法九、九、密封垫片的选择密封垫片的选择十、十、垫片垫片选用选用原则原则变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有3一、密封分类一、密封分类密封形式密封形式变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江

3、森自控有限公司 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、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

4、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、垫片密封的定义二、垫片密封的定义变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有5l 按垫片使用的密封方式，可分为： 1） 2） 三、垫片密封的分类三、垫片密封的分类紧固型紧固型有间隙有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高压状态下的使用，在法兰之间没有

5、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。加紧固后，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。隙的力保持着平衡，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。片，必须对密封垫片的硬度进行设计。 一般状态下使用，在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

6、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。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 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： 强制式密封强制式密封： 完全靠外力（螺栓）对垫片施加载荷实现密封。 自紧式密

7、封自紧式密封： 主要利用介质的压力对垫片施加载荷实现密封。 半自紧式密封半自紧式密封： 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： 低压密封低压密封 P1.568MPa 中低压密封中低压密封 0.098MPa P9.8MPa 高压密封高压密封 9.8MPaP98MPa三、垫片密封的分类三、垫片密封的分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有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

8、有足够的刚度，它们可以依靠紧固件夹持在一起，无须垫片可达到密封的目的（即无垫密封）。 在实际中：1，密封面存在粗糙度， 2，不绝对平行， 3，刚度不是无限大， 4，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 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。利用垫片形成物理壁垒以阻止介质的流动，防止泄漏的发生1，最大程度使接触面嵌合减小间隙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介质的推动力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变电站电

9、气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有8四、密封原理四、密封原理法兰系统泄漏通道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,吹出泄漏吹出泄漏变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接

10、线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有9四、密封原理四、密封原理三种泄漏方式1，界面泄漏：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：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

11、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劣化的垫片，沿垫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）：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；大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、）：与垫片材料性质、接头的机械特征、结合面的性质与状态

12、、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、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、使用以及密封失效分析等问题的关键。使用以及密封失效分析等问题的关键。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有10四、密封原理四、密封原理 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：l具有具有一定的压缩变形能力一定的压缩变形能力可发生弹

13、塑性变形填补密封表面上的凹凸不平造成的间隙l具有一定的具有一定的强度和强度和刚性刚性以保持一定的形状和抵抗变形的能力防止在系统的满载压缩应力下被挤出密封面或压溃l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补偿在介质压力下紧固系统的变形。l具有具有抗蠕变能力抗蠕变能力防止垫片在高温下蠕变实效 而而垫片垫片从使用上又从使用上又包括初始密封和工作密封两个作用机理。包括初始密封和工作密封两个作用机理。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有11四

14、、密封原理四、密封原理 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阻止介质通过材料本身的渗透，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生的弹性或弹塑性变形能够填塞密封面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的变形和表面粗糙度，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。 当初始垫片应力作用于垫片后，它必须在

15、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，密封面将被迫分离，垫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（残垫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，包括热松弛、螺栓应力松弛等。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有12四、密封原理四、密封原理 理论上，垫片垫

16、片预紧应力越大，垫预紧应力越大，垫片中贮存的弹性应片中贮存的弹性应变能也越大，因而变能也越大，因而可用于补偿分离或可用于补偿分离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、密封度、环境因素、使用寿命以及经济性等因素。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有13五、五、 垫片分类垫片分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成

17、输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有14五、非金属垫片特点及分类五、非金属垫片特点及分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有15五、五、 垫片分类垫片分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有16 五、五、 垫片分

18、类垫片分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有17五、五、 垫片分类垫片分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有18类型适用条件最高温度/最大压力/MPa介质纸质垫片1000.1燃料油、润滑油等软木垫片1200.3油、水、溶济天然橡胶（NR）1001水、海水、空气、惰性气体、盐溶液、中等酸、

19、碱等丁腈橡胶(NBR)1001石油产品、脂、水、盐溶液、空气、中等酸、碱、芳烃等氯丁橡胶（CR）1001水、盐溶液、空气、石油产品、脂、致泠剂、中等酸、碱等丁苯橡胶(SBR)1001水、盐溶液、饱和蒸汽、空气、惰性气体、中等酸、碱等乙丙橡胶(EPDM)1751水、盐溶液、饱和蒸汽、中等酸、碱等硅橡胶（MQ）2301水、脂、酸氟橡胶（FKM）2601水、石油产品、酸等石棉橡胶垫片4506水、水蒸汽、空气、惰性气体、盐溶液、油类、溶济、中等酸、碱等。聚四氟乙烯垫片260（限150）2强酸、碱、水、蒸汽、溶剂、烃类等纯车削板2608.3填充板260（限200）5.5膨胀带26017.2金属增强柔性石

20、墨垫片650（蒸汽）5酸（非强氧化性）、碱、蒸汽、溶剂、油类等纯450(氧化性介质)金属增强2500（还原性、惰性介质）无石棉橡胶垫片370（连续205）14视粘接剂（SBR、NBR、CR、EPDM等）而定有机纤维增强425（连续290）无机纤维增强五、五、 垫片分类垫片分类变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有19六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能 压压缩缩率率压缩性指初始压缩后垫片厚度的改变量，表征了垫片刚性的大小。垫片都有一定的弹塑

21、性变形，能适应法兰对的密封面的挠曲变形、波度和表面粗糙度，利于密封的形成，其直接决定可靠密封的形成。 回弹回弹率率当压缩载荷卸除后垫片厚度的回复量，它对工作时因介质压力或其他原因引起的密封面分离进行了补偿，高的回弹能力确保密封面具有足够的残余载荷以保持接头的密封能力。回弹率比压缩率更具重要性。 P M加载荷后厚度(P-M) R(R-M)卸载后厚度C=(P-M) / P 100%R =(R-M) / (P-M) 100%C压缩率，%；R回弹率，%；P -垫片的原始厚度，mm；M-垫片在载荷下的厚度，mm；R -垫片在卸除载荷下的厚度，mm。原始厚度变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样

22、与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有20六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能l压缩率是密封垫片的一项十分重要的性能。密封垫片作为一种可压缩元件，压缩是为了通过预紧力使 垫片发生弹性或塑性变形，一方面填补密封表面的泄漏缺陷，另一方面消除密封材料内部的空隙，以阻止流体介质通过密封材料本身渗透及密封面之间的泄漏。因此密封垫片需要具有一定的压缩变形率。l通常法兰密封面不平整、表面缺陷较深，设备不允许较高压紧力时，要求垫片有较大压缩率。l回弹率作为密封垫片的另一项十分重要的性能，反映密封垫片在工

23、作时，由于温度、内压等引起的轴向推力使密封面发生分离，垫片压紧力将趋于下降，又要求垫片有足够的回弹能力以弥补改分离量且保持垫片与密封面之间有足够的残余压紧力，以维持密封作用的能力。l一般密封垫片均希望回弹率越大越好，但它与压缩率是相互矛盾的。l理想垫片是具有较大的压缩率，最大的回弹率。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有21 不同材料和结构形式的垫片的压缩率和回弹率是不相同的，压缩率通常是一个范围，如压缩石棉或非石棉纤维橡胶板，压缩率为7%1

24、7%，而回弹率则大于40%50%。它们还受到温度、厚度和垫片应力等因素的影响。 对垫片的压缩-回弹性除了评价其数值大小外，还应从不同垫片的压缩-回弹曲线，特别是卸载部分回复曲线的斜率观察，这一斜率越大，垫片的弹性补偿能力越大，垫片应力的损失越小，即越容易适应载荷的循环作用或密封的稳定性越好。实际压缩-回弹曲线图中压缩曲下的面积代表压缩所作的全部功，这些功将以弹性应变通的形式贮存于垫片中，该面积越大则表明垫片弹性补偿的潜力越大；而回弹曲线下的面积则表示垫片卸载时释放出来的弹性应变能，显然曲线包围部分的面积代表了垫片的刚性大小。因此在评价垫片的压缩性和回弹性时，不但要求合适的压缩性和最大的回弹率，

25、还要求有垫片的最佳压缩-回弹曲线。六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有22 因为垫片主要承受压缩作用，理论上没有拉伸强度垫片也不会发生问题，但在实际使用中，即使在一般场合，垫片也必须具有基本的拉伸强度，如表2-18所示。这不仅是构成材料的需要，也是垫片抵抗压力介质撕裂或吹出的需要。对于用各种橡胶粘结纤维增强板材通过通常压缩法制成的非金属垫片，由于横向拉伸强度和纵向拉伸强度常常是不相同的，而且前者往往比后

26、者低，所以拉伸强度一般是指横向拉伸强度。其他半金属垫片和金属垫片，拉伸强度比非金属板材高得多，因此不是主要考虑的因素。 压溃强度如前所述，垫片应力越大，泄漏就越少。但是应力太大，垫片就会被压溃，或者压缩时已经碎裂。因此在测试压缩垫片的全过程中，总会存在发生压溃的极限载荷，即垫片的压溃强度。压溃强度也与工作温度和垫片厚度有关。例如，1.5mm厚的石棉橡胶板室温下的压溃强度为110Mpa，而3mm厚的石棉橡胶板仅为60Mpa；同样的垫片，300时的压溃强度分别是72Mpa和38Mpa。不同构造材料和形式的垫片压溃强度自然也不一样，如与上述同样厚度和温度下的橡胶粘结非石棉纤维（芳纶纤维）板，300时

27、的压溃强度仅为45Mpa（1.5mm）和30Mpa（3mm）。在温度下测得的压溃强度也称热压缩强度。六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有23六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能 垫片能否抵抗吹出，不但取决于材料的拉伸强度，还与垫片应力、操作压力和工作温度有关。材料的拉伸强度受温度影响，温度越高，拉伸强度越低；操作压力越大，垫片承受的拉伸应力则越大；垫片应力越低，垫片与密封面间的摩擦系数越小，则阻止垫

28、片吹出的阻力越小。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有24六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能垫片发生蠕变后螺栓垫片发生蠕变后螺栓伸长量的减少量伸长量的减少量变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有25六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能 应力松驰不是材料的基本性质，应力松驰受垫片材料的

29、蠕变以及接头中其他零件的影响，只有蠕变才是垫片材料的基本性质，垫片的蠕变松驰性能是影响接头密封性能的一项十分重要的力学性能，它的最直接结果是垫片应力的下降，最终接头趋向泄漏，甚至发生垫片从密封面处吹出的情况。 从垫片预紧到使用初期，蠕变变形速度逐渐降低，之后趋于平稳，但随着使用时间的延长，垫片内部材料的老化及结构的缓慢变化，蠕变速率会加快，最终导致垫片密封性能的下降甚至出现泄漏。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有26六、垫片主要力学性能六、

30、垫片主要力学性能 每种垫片材料都有它的最高使用温度，超过此温度，就不能安全使用；当然，每种垫片也有最大使用压力，PT性能表示了材料允许的最高使用温度和最大使用压力的匹配关系。 例如对于非金属垫片材料其温度的极限值是150，而极限压力是100Mpa，但不能同时在150的温度和10Mpa的压力下使用。因此用PT值或PT关系图来表示非金属垫片材料可以允许的最高使用温度和最大使用压力的匹配关系。 举例来说，橡胶粘结合成纤维（芳纶）板，其最大PT值为12000bar（厚度1.6mm），即当使用压力的100bar时，最高使用温度是120，如果使用温度为了200，那么最大使用压力就是60bar，如此等等。变

31、电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有27六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能 高温对垫片接头的性能通常有不利影响。例如高温会使垫片力学性能包括拉伸强度、回弹率（弹性模量）和承载能力等发生劣化，再如大多数橡胶粘结石棉或非石棉纤维材料（除柔性石墨外）遇高温会发生分解、粉化或永久变形分解、粉化或永久变形，其最高使用压力随温度增加而降低。其次，高温对垫片蠕变或松驰的加强作用也是显而易见的，例如在相同的载荷下，石棉橡胶垫片200的松驰达到室温下的3.

32、5倍；而作为代替石棉的柔性石墨垫片在氧化性介质中的连续工作温度也应考虑不超过343。垫片的热膨胀或收缩改变了垫片的应力，因而其密封能力也相应发生改变。此外，热波动或热循环在接头中会引起联合的垫片变形棘轮和应力棘轮效应，如图所示，而这种影响取决于垫片的粘塑性和对应力-应变的非线性响应以及温度等因素。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有28六、垫片主要力学性能六、垫片主要力学性能各垫片制造厂商生产的垫片存在差异。变电站电气主接线是指变电站的变压器

33、、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有29七、垫片密封设计理论七、垫片密封设计理论 紧密的螺栓法兰垫片结构必须在安装时将垫片预紧到一定的载荷，然后当操作（承压）时，垫片上必须保持足够的最低载荷。这些操作和预紧要求的载荷都是基于ASME规范推荐的m和y两个系数。（1）最小压紧力）最小压紧力Y（预紧比压）（预紧比压） 定义为预紧（无内压）时，迫使垫片变形和压紧面密合，以形成初始密封条件，此时垫片所必需的最小压紧载荷。因以单位接触面积上的压紧载荷计，故也称“最小压紧应力”，单位是MP

34、a。 Y值是垫片的固有值，只与密封垫片本身的材料、形状有关，而与介质的种类及内压的大小无关。（2）垫片系数）垫片系数m 指操作（有内压）时，达到紧密不漏，垫上所必须维持的比压与介质压力的比值。垫片系数m的大小反映了该垫片在实际工况下实现密封的难易程度。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有30七、垫片密封设计理论七、垫片密封设计理论 如图所示为垫片工作时的变形情况。首先，在外加压紧力F0的作用下，垫片的初始压缩量为0，设垫片的承压面积为Ag，则

35、垫片所受的平均预紧压力为： 若管道内压为Pi，密封端盖中压力为方向与F0相反，在此压力作用下，垫片被防松回弹，回弹量为，垫片上的压紧应力为：Ae为法兰盖实际承压面积iePA2*25. 0rpi变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有31七、垫片密封设计理论七、垫片密封设计理论 通过试验得出垫片的密封特性曲线，垫片压紧放松到一定程度时候即出现泄漏，在密封特性曲线上反映这一点的是c，也就是所垫片密封所需要的最小压紧应力为c，c对应于一定的内压Pic，

36、当预紧应力小于c时，垫片不能做到有效的密封，所以c是垫片密封与未密封的分界点，也称为“漏点”，是压紧程度的最低极限。 在开始出现泄漏是，垫片的有效压紧应力与内压之比为： m为垫片系数，它与垫片的规格、尺寸、形状、使用温度、压力及法兰密封面粗糙度等因素有关。 垫片系数m是设计、选择密封垫的重要参数，保证密封的必要条件是： 实际上，在设计垫片密封时，密封垫的最小压紧应力Y和垫片系数m必须同时满足，即应符合下面条件： Ae和Ag是在使用条件下给定的，垫片系数m和Y值可以在垫片样本上找到，因此利用该公式就可以计算垫片尺寸。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电

37、任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有32七、垫片密封设计理论七、垫片密封设计理论124.15.50环形金属密封垫片环形金属密封垫片 纯铁、极软钢纯铁、极软钢166.7柔性石墨板密封垫片柔性石墨板密封垫片3.0mm3.0mm1.5mm196.125.52.751.5mm19.64.049.019.62.5橡胶板密封垫片橡胶板密封垫片允许紧固压力允许紧固压力 MPa最小设计紧固压力最小设计紧固压力 yN/mm20.8mm294.268.93.00缠绕密封垫片缠绕密封垫片147.111.02.00294.244.83.50压缩

38、板密封垫片压缩板密封垫片49.014.73.5PTFE包覆包覆密封垫片密封垫片39.222.53.2PTFE板板密封垫片密封垫片14.71.40.50密封垫片系数密封垫片系数m密封垫片的种类密封垫片的种类3.0mm2.0mmm值、Y值以及允许紧固压力参考，详细参照各垫片样本变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有33八、其它设计方法八、其它设计方法1、DIN2505 规范设计方法规范设计方法 DIN2505螺栓法兰连接设计方法根据法兰、螺栓和垫片

39、间互相依赖关系，从刚度、强度和密封的角度统一考虑连接设计，通过“载荷变形”图检验连接的密封性能。 DIN2505法兰设计方法是基于塑性极限强度理论的计算方法。该方法主要考虑法兰和壳体整个组合的塑性破坏力矩，并由此确定法兰最小破坏力矩截面。依据极限设计理论，按最大塑性力矩来确定法兰尺寸，因而法兰结构尺寸通常较小。2、 ASME规范设计新方法规范设计新方法 与传统ASME规范设计方法相比，新方法中法兰的弹性应力分析和强度评定准则基本保持不变。新方法的基本特点是将法兰连接的密封设计建立在泄漏准则上密封设计建立在泄漏准则上，即在设计螺栓载荷下，法兰密封面与垫片之间建立的垫片应力保证了操作压力下接头处的

40、泄漏率不超过设计要求的泄漏率。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有34九、密封垫片的选择九、密封垫片的选择 在实际运用当中，应将垫片法兰螺栓作为一个不可分割的系统进行考虑，任意一个因素都会导致密封的泄漏。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有35九、密封垫片的选择九、密封垫片的选择1、易挥发有

41、机物的逸出要求、易挥发有机物的逸出要求 随着对健康和环保的高度重视，新的更严格的控制易挥发的有机物逸出的标准和法律出台，而减少来自法兰接头的逸出就成为优先考虑的因素。因此，出现了多种密封性能更好的材料，包括无石棉材料的垫片。由于它们具有不同的性能和局限性，因此正确选择、安装、使用和维护这类垫片以得到最佳密封性能就变得尤其重要。2、介质、介质 垫片应在全程工作条件下不受密封介质的影响，包括抗高温氧化性、抗化学腐蚀性、抗溶剂性、抗渗透性等，显然垫片材料垫片材料对介质的化学耐蚀性的好坏是选择垫片的首要条件首要条件。3、温度、温度 所选用的垫片应该在最高或最低的工作温度下有合理的使用寿命。如前所述，为

42、了在工作条件下保持密封，垫片材料应能耐受蠕变，以降低垫片应力松驰。室温下，大多数垫片材料没有大的蠕变，但随着温度的升高（超过100），除大多数金属垫片外，蠕变变得严重了。因此最容易区分垫片质量优劣的是垫片在不同温度下的蠕变松驰性能。除了短期能耐受的最高或最低工作温度外，应考虑允许连续工作的温度，通常该温度应低于最高工作温度和高于最低工作温度。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有36九、密封垫片的选择九、密封垫片的选择4、压力、压力 垫片必须承

43、受最大的工作压力。这种压力可以是试验压力，因为它可能是最大工作压力的1.251.5倍。对于非金属材料的垫片，因其PT值有一极限值，所以在选择其最大工作压力时，要考虑垫片所能承受的最高工作温度，尤其是饱和水蒸气，其蒸汽压力越高，蒸汽温度也就越高。用于真空操作条件下的垫片也要做特殊考虑，对于一般真空（7601Torr）（1Torr=133.322Pa）可采用橡胶或橡胶粘结纤维压缩垫片；对于较高真空（1110-7Torr）可用橡胶O形环或矩形模压密封条；对于很高真空（110-7Torr以上），则需采用特殊的密封材料和结构形式。5、法兰密封面状态、法兰密封面状态 不同的垫片形式和应用场合，对密封面的状

44、态要求不一样，柔性垫片对密封面的粗糙度要求不是很高，也允许存在一定的不平度。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有37九、密封垫片的选择九、密封垫片的选择6、其它考虑、其它考虑1）循环载荷 如果温度和压力存在频繁的波动，则垫片必须有足够的回弹能力。2 ）振动 如果管线有振动，那么垫片就必须能经受反复的高循环应力作用。3）磨损 某些含悬浮颗粒的介质会磨损垫片，以致缩短垫片的使用寿命。4） 污染介质 如果密封介质是饮用水、血浆、药品、食品、啤酒等，

45、要考虑垫片材料的化学物质污染介质，需采用符合食品和医药卫生要求的PTFE或橡胶等材料。5） 法兰腐蚀 某些金属（如奥氏体不锈钢耐酸钢）有应力腐蚀开裂倾向，应保证垫片材料不含会引起各种腐蚀的超量杂质，如核电站不锈钢耐酸钢法兰用的柔性石墨垫片要求氯离子含量不超过50mgkg-1。6） 安全性 如果密封高度毒性的化学品，则要求垫片具有更大的安全性。例如对液化气系统，选用缠绕垫片较佳，且宜选用带外环形式的，使之具有较高的抗吹出能力。此外，对石油炼制厂，还有防火的要求。例如，对于输送易燃液体的管道系统，非金属垫片用于全平面或突面法兰上的最高使用压力为5Mpa，最高使用温度为400。7） 经济性 虽然垫片

46、相对比较便宜，但在选择垫片的品质、类型和材料时，应考虑到泄漏造成的物料流失、停工损失以及发生重大破坏造成的经济后果，综合考虑垫片的性能与价格比。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有38十、十、垫片垫片运用的运用的一般原则一般原则垫片在运用时应考虑以下原则垫片在运用时应考虑以下原则1、尽可能选择尽可能选择薄薄的垫片的垫片 垫片要求的厚度与其形式、材料、直径、密封面的加工状况和密封介质等有关。例如对大多数非金属板状垫片而言，其抵抗应力松驰的能力随

47、垫片厚度减少而增加，薄的垫片其周边暴露于密封介质的面积较少，因而沿垫片本体的渗漏也随之减少。可是垫片必须填补法兰密封表面的凹凸和起伏不平，因此垫片的最小厚度就取决于法兰表面光洁度、垫片的压缩性、垫处应力、法兰的偏转程度等因素。2、尽可能选择较尽可能选择较窄窄的垫片的垫片 在同样的螺栓载荷尔蒙下，垫片宽度越窄，垫片应力越高，密封压力也就越大，但垫片不至于被压裂或压溃，同时还要具有必需的径向密封通道长度和足够的吹出抗力。一般的板状垫片通常可根据公称直径和公称压力选取，并按照实际法兰和使用情况做适当修改，例如法兰密封面光洁度低或密封介质粘度低，则增加宽度。 一般推荐最小密封宽度为垫片厚度的5倍尺寸以

48、上。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有393、不要让垫片的内径伸进管道内，也不要过分增加垫片的外径不要让垫片的内径伸进管道内，也不要过分增加垫片的外径 前者会导致管内流体介质冲刷垫片，不但污染介质，增加流动阻力，而且会因垫片材料被介质浸胀而损坏压缩部分的垫片；而后者会因受环境腐蚀，同样损害垫片。对于密封面为突面或全平面法兰的情况，当垫片位于螺栓孔中心圆内时，通常出于安装定位的需要，取螺栓孔中心圆直径螺栓孔直径的长度为垫片外径（或外环外径）。

49、4、合理的螺栓分布和预紧力、合理的螺栓分布和预紧力 提高预紧力可增加预紧密封比压，而且在操作条件下还可残留较大的密封比压，但不应过大，过大的预紧力会把垫片压坏或挤出，预紧力过小则容易引起垫片泄漏。 在满足紧固和拆卸螺栓所需空间的情况下，增加螺栓个数可使预紧力分布均匀，但装拆麻烦。十、十、垫片垫片运用的运用的一般原则一般原则变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 专有和保密信息 2008 江森自控有限公司 版权所有405、合理的安装工艺和方法、合理的安装工艺和方法 安装表面应该清洁、干燥。禁止使用任

50、何含润滑脂或润滑油的分离介质，一般垫片材料带有防粘层。如果对防粘效果的要求有特殊要求，建议使用二氧化钼分离介质。 在安装石墨垫片时，不得使用润滑脂、润滑油，或者其他防粘剂，否则会影响整个法兰连接的安全。 在安装过程中，必须逐步紧固螺栓，施力均匀，交叉紧固。如果可能，应该用润滑脂润滑螺栓。紧固到最大螺栓拉力（以获得足够的螺栓伸长和类弹簧特性），这样，如果螺栓品质和垫片材料的选择正确（材料和厚度），可以获得安全、耐久的密封效果。不推荐垫片使用次数超过一次不推荐垫片使用次数超过一次。十、十、垫片垫片运用的运用的一般原则一般原则变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成