设备电气 压力容器密封设计之影响性能的主要因素

影响密封性能的因素与密封结构有关。现以螺栓法兰连接结构为例加以说明。
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(1)螺栓预紧力
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螺栓预紧力是影响密封的一个重要因素。预紧力必须使垫片压紧以实现初始密封。适当提高螺栓预紧力可以增加垫片的密封能力,因为加大预紧力可使垫片在正常工况下保留较大的接触面比压力。
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但预紧力不宜过大,否则会使垫片整体屈服而丧失回弹能力,甚至将垫片挤出或压坏。另外预紧力应尽可能均匀地作用到垫片上。通常采取减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能。

2 C+ S6 V% G4 R$ B: T* H: U' c8 c(2)垫片性能
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垫片是密封结构中的重要元件,其变形能力和回弹能力是形成密封的必要条件。变形能力大的密封垫易填满压紧面上的间隙,并使预紧力不致太大;回弹能力大的密封垫,能适应操作压力和温度的波动。又因为垫片是与介质直接接触的,所以还应具有能适应介质的温度、压力和腐蚀等性能。
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几种常用垫片材料的比压力y 和垫片系数m 见表4-9。这些数据是1943年Rossheim 和Markl推荐而沿用至今,大多为经验数据,仅考虑了m 、y 值与垫片材料、结构与厚度的关系。
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( T' S# z4 n- K0 I1 \但生产实践和广泛的研究表明,m 和y 值还与介质性质、压力、温度、压紧面粗糙度等因素有关,而且m 和y 之间也存在内在联系。
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注:本表所列各种垫片的m 、y 值及适用的压紧面形状,均属推荐性资料。采用本表推荐的垫片参数(m 、y)并按本章规定设计的法兰,在一般使用条件下,通常能得到比较满意的使用效果。但在使用条件特别苛刻的场合,如在诸如氰化物介质中使用的垫片,其参数m 、y,应根据成熟的使用经验谨慎确定。

(3)压紧面的质量
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压紧面又称密封面,它直接与垫片接触。压紧面的形状和粗糙度应与垫片相匹配,一般来说,使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高。压紧面表面不允许有刀痕和划痕;同时为了均匀地压紧垫片,应保证压紧面的平面度和压紧面与法兰中心轴线的垂直度。
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: T& S2 z$ \* n: Q9 l8 ?4 C(4)法兰刚度
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; D2 K, {" S( ^6 [5 u% R因法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形(如图4-24所示),往往是实际生产中造成螺栓法兰连接密封失效的主要原因之一。刚度大的法兰变形小,可将螺栓预紧力均匀地传递给垫片,从而提高法兰的密封性能。

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法兰刚度与很多因素有关,其中适当增加法兰环的厚度、缩小螺栓中心圆直径和增大法兰环外径,都能提高法兰刚度,采用带颈法兰或增大锥颈部分尺寸,可显著提高法兰的抗弯能力。但无原则地提高法兰刚度,将使法兰变得笨重,造价提高。
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! s" v8 A8 X  {# P0 b( M) S7 O(5)操作条件

, o& r+ @+ Q  u' s: g5 {主要是指压力、温度及介质的物理化学性质对密封性能的影响。操作条件对密封的影响很复杂,单纯的压力及介质对密封的影响并不显著,但在温度的联合作用下,尤其是波动的高温下,会严重影响密封性能,甚至使密封因疲劳而完全失效。因为在高温下,介质的黏度小,渗透性大,易泄漏;介质对垫片和法兰的腐蚀作用加剧,增加了泄漏的可能性;法兰、螺栓和垫片均会产生较大的高温蠕变与应力松弛,使密封失效;某些非金属垫片还会加速老化、变质,甚至烧毁。
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  @6 F4 R: j# V5 W总之,影响螺栓法兰连接密封性能的因素很多,在密封设计时,应根据具体工况综合考虑。
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