机械设计必备知识点 —— 密封垫片如何选型
关于选择密封垫的技巧
垫片密封性能基础的好坏，对保证安全生产、减少维修、节约能源、企业生产效益有重要作用。因此火力发电厂对密封垫片的性能及系统管道上垫片的选用提出愈来愈高的要求。
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1、 石棉橡胶板：
这种垫片是应用时间最早的密封材料，包括普通型和耐油型两种，其中又分高压、中压和低压各种牌号。它是由石棉纤维、胶料和其它填充材料经混炼加热和碾压而成。由于石棉纤维强度较高，又能耐较高的温度（石棉耐温性能通常在480℃以内，高于此温度时石棉纤维内的结晶水会分解而失去强度），材料来源广泛，制造上便于工业化生产，能根据需要在现场做成各种形状规格的垫片，无石棉垫片使用较方便，价格便宜，因此，一直以来是应用较广泛的传统密封材料。但是此种垫片的缺点在使用过程中容易发生松弛现象，影响其使用寿命，由于石棉是公认的致癌物质，因此已有不少国家将其列入禁用范围。石棉材料已逐步被其他新材料所替代，使用量逐步减少。
3、石墨复合垫：
柔性石墨具有极其优秀的耐温性（-260℃~+1500℃），耐腐蚀性，应力松弛率小，其做成的密封件具有很好的密封性能。缺点是其机械强度还不够高，因此在单独使用时受限制。为此在使用上一般和其他材料做成复合型垫片。石墨复合垫是已经冲刺的金属薄板为骨架，在其表面复合柔性石墨构成。作为骨架的金属薄板仅起增加强度和整体刚性的作用，以便制作和使用方便。石墨复合垫密封性能较好，但由于材料强度不高，在高压强度下使用安全性能不高因此一般将其作为非石棉密封材料取代传统的石棉橡胶板。它可用于一般参数场合，也可在高温低压场合下使用。
6、波齿复合垫：
波齿复合垫片主体是特殊设计的波齿状金属骨架，在此骨架基础上，复合适当厚度的膨胀石墨材料，最终构成整体结构的垫片。由于波齿复合垫片具有金属线密封和非金属膨胀石墨密封的双重作用，因此具有非常优异的密封性。
机械设计必备知识点 —— 密封垫片如何选型
机械设计必备知识点——密封垫片如何选型在石油、石化、化工等行业的生产、加工、储运乃至销售环节，常常伴随着易燃、易爆、高温、高压、有毒有害和腐蚀等危险因素，机器及设备在使用中工作介质的“跑、冒、滴、漏”，给生产带来极大的危害。
设备中工作介质的泄漏，会造成浪费并污染环境。
垫片密封是过程工业装置中压力容器、过程设备、动力机器和连接管道等可拆连接处最主要的静密封型式。
它们所包含的流体介质范围相当广泛，防止液体或气体通过这些接头处泄漏出来是工厂面临的最重要，也是最困难的任务。
随着生产装置的大型化，生产工艺向高温、高压、高速的方向发展，出现泄漏的机会越来越多，发生事故的概率越来越大，造成的经济损失也越来越大。
往往一处法兰的泄漏就有可能导致一套装置乃至全厂停产，还极有可能会引起火灾、爆炸，造成人员伤亡等重大事故，发生泄漏带来环境污染、产品损失甚至事故，垫片密封的重要性也就不言而喻了。
因此，垫片的选用、设计、制造所存在的问题已逐步引起人们的高度重视。
那么，究竟应该如何选择合适的垫片呢？垫片与垫片密封垫片是一种夹持在两个独立的连接件（主要是指法兰）之间的材料或材料的组合，其作用是在预定的使用寿命内，保持两个连接件间的密封。
垫片必须能够密封结合面，并确保密封介质不渗透和不被腐蚀，能够承受得住温度和压力的作用。
垫片密封一般有连接件（如法兰）、垫片和紧固件（如螺栓、螺母）等组成（见图1），因此决定某个法兰密封性时，必须将整个法兰连接结构作为一个系统进行考虑。
垫片工作正常或失效与否，除了取决于设计选用垫片本身的性能外，还取决于系统的刚度和变形、结合面的粗糙度和平行度以及紧固载荷的大小和均匀性。
图1-垫片密封的法兰连接结构垫片选型五要素了解了垫片密封的结构，我们就可以从温度、应用、介质、压力和尺寸(TAMPS）五个方面来考虑选择一个合适的垫片。
∙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，不同的垫片材料的最高工作温度差异很大。
垫片的相关知识及选型
增强材料可以是金属薄板或丝网 , 金属薄板常常采用 冲刺孔的方式以提高增强效果和增加弹性，并通过粘结剂 和辊压将它们贴合在一起。密封元件也可以可设一表面层 或抗粘结处理层来增加密封效果和防止法兰密封面粘结。
外加强环或外环材料均为实体金属，其作用是：对垫 片本体的补强和正确定位，防止过紧压缩失去垫片的回弹 能力并能够防止垫片松散。外加强环不与密封介质接触， 因此不要求耐介质腐蚀，故常常由碳钢材料制成。外加强 环还可以与密封元件制成一体，例如金属齿形垫片、波齿 复合垫片。
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（ 3 ）聚四氟乙烯石棉垫片：具有耐药性、耐溶剂性、非污 染性等化学特性的材料，适用于极低温度的液氧、液态空 气等。 （ 4 ）聚四氟乙烯缓冲垫片：用于温度 200~250 ℃ 、压力 1.96-2.94MPa的场合。
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三、半金属垫片
１、金属缠绕式垫片 金属缠绕式垫片是由金属带和非金属带螺旋复合绕制 而成的一种半金属平垫片。其特性是：压缩、回弹性能 好；具有多道密封和一定的自紧功能；对于法兰压紧面 的表面缺陷不太敏感，不粘接法兰密封面，容易对中， 因而拆卸便捷；可部分消除压力、温度变化和机械振动 的影响；能在高温、低压、高真空、冲击振动等循环交 变的各种苛刻条件下，保持其优良的密封性能。为了加 强垫片主体和准确定位，设有金属制内环和外环。
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3、榫槽面(TG) 槽中垫片不被挤动。 螺栓力较小。获得良好的密封效果。
结构较复杂，更换垫片较困难。
榫面容易损坏， 适于易燃、易爆、有毒介质及较高压力。 压力不大时，即使直径较大，也能很好密封。
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4、全平面（FF）与环连接面（RJ） 全平面密封适合于压力较小的场合（PN≤1.6MPa）； 环连接面主要用在带颈对焊法兰与整体法兰上，适用压力 范围为（6.3MPa≤PN≤25.0MPa）
垫片选型五要素范文
垫片选型五要素范文垫片选型的五要素包括：材质选择、温度和压力要求、介质要求、尺寸和形状要求、安装条件及使用环境。
1.材质选择：垫片的材质选择非常重要，因为它直接影响到垫片的密封性能和使用寿命。
常见的垫片材料有橡胶、金属、塑料和纤维等。
在选择材料时，需要考虑到介质的特性和温度、压力等环境因素。
比如，对于高温环境可以选择耐温性能好的金属垫片，对于强腐蚀介质则可以选择化学稳定性好的塑料垫片。
2.温度和压力要求：垫片的温度和压力要求是选型时必须考虑的因素之一、不同垫片材料有不同的耐温和耐压范围，如果超过了其极限，垫片就会失去密封性能，甚至损坏。
因此，需要根据应用场景的实际温度和压力要求选择合适的垫片。
3.介质要求：垫片的介质要求指的是垫片需要密封的介质的类型和性质。
不同的介质可能具有不同的化学性质、粘度和腐蚀性等特点，对垫片的材料和结构有特殊要求。
例如，一些酸碱介质可能会腐蚀垫片，所以需要选择耐腐蚀性好的材料；一些高粘度介质会产生较大的摩擦力，需要选择较硬的垫片材料来保证密封性能。
4.尺寸和形状要求：垫片的尺寸和形状要求与垫片的安装条件和应用机器设备有直接关系。
一般来说，垫片的尺寸要与密封件的安装孔或密封面相适配，以确保密封效果。
此外，垫片的形状也需要根据密封面的特点来选择，如选择平垫片、锥面垫片或弯曲垫片等。
5.安装条件及使用环境：垫片的选择还要考虑安装条件和使用环境的影响。
比如，一些垫片需要在极端环境下使用，如高湿度、高真空或高辐射环境下，这就要求垫片具有良好的耐热、抗老化等特性。
此外，需要考虑到安装紧固力、垫片变形和寿命等方面的因素，以保证垫片的稳定性和可靠性。
以上即是垫片选型的五要素。
通过充分考虑材质选择、温度和压力要求、介质要求、尺寸和形状要求以及安装条件及使用环境等因素，可以选择出适合特定应用场景的垫片，确保其具有良好的密封性能、耐久性和可靠性，为工程设备的正常运行提供保障。
机械密封选型注意事项
机械密封选型注意事项
在选购维修用密封件时，多数用户都会按样品的尺寸及颜色去购买，这只会增加采购的难度，而且不一定能选中合适产品。
一、建议采用下列程序去提高采购密封件的准确性
1、运动方向-先决定密封件所在位置的运动方向，例如往复、旋转、螺旋或固定。
2、密封重点-例如决定活动点是在内径的拉杆封或活动点是在外径的活塞封等。
3、温度等级-从原厂机械使用说明查阅或按实际工作环境评估工作温度，决定所需使用材料。
有关温度等级的说明可参考下面的生产用户注意事项。
4、尺寸大小-多数用户都会按使用过的旧样品选购，但密封件在使用一段时间后，会被温度、压力及磨损等因素大幅影响其原来的尺寸，按样选择只能作为一个参考，更好的方法是量度密封件所在位置的金属槽尺寸，准确性会较高。
5、压力等级-从原厂机械使用说明查阅有关数据，或通过观察原密封件的软硬度和结构推断工作压力等级。
二、机械密封选型原则：
1、根据密封腔体压力，确定密封结构采用平衡型或非平衡型，单端面或双端面等。
2、根据工作速度，确定采用旋转式或静止式，流体动压式或非接触型。
3、根据温度及流体性质，确定摩擦副和辅助密封材料，以及正确选择润滑、冲洗、保温、冷却等机械密封循环保护系统等。
4、根据安装密封的有效空间，确定采用多弹簧或单弹簧或波形弹簧，内装式或外装式。
机械密封设计中的选型要点
机械密封设计中的选型机械密封结构型式的选择是设计环节中的重要步骤，必须先进行调查：①工作参数—介质压力、温度、轴径和转速。
②介质特性—浓度、粘度、腐蚀性、有无固体颗粒及纤维杂质，是否易汽化或结晶等。
③主机工作特点与环境条件—连续或间歇操作；主机安装在室内或露天；周围气氛性质及气温变化等。
④主机对密封的允许泄漏量、泄漏方向(内漏或外漏)要求；寿命及可靠性要求。
⑤主机对密封结构尺寸的限制。
⑥操作及生产工艺的稳定性。
1.根据工作参数p、v、t选型这里p是指密封腔处的介质压力，根据p值的大小可以初步确定是否选择平衡式的结构以及平衡程度。
对于介质粘度高、润滑性好的，p≤0.8MPa，或低粘度、润滑性较差的介质，p≤0.5MPa时，通常选用非平衡式结构。
p值超过上述范围时，应考虑选用平衡式结构。
当p＞15MPa时，一般单端面平衡式结构很难达到密封要求，此时可选用串联式多端面密封.υ是指密封面平均直径的圆周速度，根据υ值的大小确定弹性元件是否随轴旋转，即采用弹簧旋转式或弹簧静止式结构，一般υ＜20～30m/s的可采用弹簧旋转式，速度更高的条件下，由于旋转件的不平衡质量易引起强烈振动，最好采用弹簧静止式结构。
若p和υ的值都高时，可考虑选用流体动压式结构。
t是指密封腔内的介质温度，根据t的大小确定辅助密封圈的材质、密封面的冷却方法及其辅助系统。
温度t在0～80℃范围内，辅助密封圈通常选用丁腈橡胶O 形密封圈；-50℃≤t＜150℃，根据介质腐蚀性强弱，可选用氟橡胶、硅橡胶或聚四氟乙烯成型填料密封圈：温度＜-50或t≥150℃时，橡胶和聚四氟乙烯会产生低温脆裂或高温老化，此时可采用金属波纹管结构。
介质浊度高于80℃时，在密封领域中通常就要按高温来考虑，此时必须采取相应的冷却措施。
2.根据介质特性选型腐蚀性较弱的介质，通常选用内置式机械密封，其端面受力状态和介质泄漏方向都比外置式合理。
对于强腐蚀性介质，由于弹簧选材较困难，可选用外置式或聚四氟乙烯波纹管式机械密封，但一般只适用p≤0.2～0.3MPa的范围内。
浅谈工程机械用密封垫及其选用
浅谈工程机械用密封垫及其选用转自：中国路面机械网◇山东交通学院工程机械研究所姜武杰◇山东泰安市公路管理局程合乾摘要密封元件有十多种，数密封垫的结构较简单、应用也较普遍。
本文继简要介绍常用密封垫之后较详细地说明各种石棉橡胶垫的结构、材料和使用性能，并简明地阐述合理选用密封垫的原则及相关的影响因素，可供正确选用密封垫参考。
关键词密封垫石棉橡胶1 密封垫的功用及材料1.1 功用密封垫广泛用于工程机械及柴油机的管道、壳体的结合面的静密封中，以其弹性变形填补零件结合面的不平度，切断泄漏通道，增加泄漏阻力，或承受内外侧压力差等方式防止流动介质 (气体、冷却水、润滑油、齿轮油、液压油、制动液等)泄漏。
如柴油机的汽缸盖、正时齿轮室盖、油底壳、喷油泵侧盖、进排气管，工程机械底盘中的变速箱盖、方向机侧盖、桥壳后盖、终传动壳体等。
1.2 材料按材料密封垫有非金属密封垫、非金属与金属组合密封垫、金属密封垫三大类，其常用材料有橡胶、皮革、石棉、纸、软木、聚四氟乙烯、钢、铁、铝、铜和不锈钢等。
用棉、麻、石棉、纸、皮革等纤维素材质制成的密封垫，其组织疏松，致密性差，纤维间有细微缝隙，很容易被流动介质浸透，在压力作用下流动介质从高压侧通过这些细微缝隙渗透到低压侧，即形成渗透泄漏 (约占总泄漏量的10%~20%)1.3 密封垫泄漏形式及原因密封垫的泄漏有三种形式:界面泄漏、渗透泄漏和破坏性泄漏，其中以前两种为主要形式。
产生界面泄漏的原因是:结合面粗糙和变形;密封垫没有压紧;结合面紧固螺栓伸长变形或松动; 密封垫发生塑性变形等。
界面泄漏量约占总泄漏量的80%~90%; 材料老化、龟裂、变质等会促使密封垫破坏性泄漏，但安装、使用不当是主要原因;如上所述，流动介质浸透到细微缝隙中，造成纤维素材料制成的密封垫的渗透泄漏。
1.4 常用密封垫种类及适用范围现将常用密封垫的种类、结构、材料及适用范围列于表1中。
表1 常用密封垫片种类及其适用范围2 石棉橡胶密封垫石棉橡胶密封垫包括普通石棉橡胶密封垫、耐油石棉橡胶密封垫、增强石棉橡胶密封垫、石棉钢片密封垫、混合石棉橡胶密封垫和复合石棉橡胶密封垫等。
密封垫片选型参考 垫片八大特性
密封垫片选型
任何类型的垫片在使用之时，要想保证长期有效的密封，必须在垫片选择和使用时注意以下八个重要特性：
1.垫片的气密封
对于密封系统的介质，垫片在适合的温度和压力范围内使用一定时间不发生泄漏
2.垫片的可压缩性
垫片和法兰的接触面在连接螺栓紧固后，应该能很好的吻合，以确保密封
3.垫片的抗蠕变性
垫片在压力负荷和使用温度的影响下，应需要较好的抗蠕变性，否则会造成螺栓扭矩损失，导致垫片的表面应力减小，从而造成一定的泄露
4.垫片的化学性质
所选的垫片需要能耐受介质的腐蚀，同时也不能对密封的介质造成污染，现在的密封产品都需要符合环保标准，像sealpilot的BD系列就是采用绝对环保的无石棉密封材料，不会对密封和环境造成影响
5.垫片的回弹性
即使在系统稳定的状况下，相连接的两个法兰由于温度和压力的影响肯定会存在微小位移，垫片的弹性功能需弥补此位移，以保证系统的密封性
6.垫片的抗粘黏性
垫片在使用后更换时应能从法兰上便捷的拆除，不会粘黏
7.垫片的腐蚀性
垫片应对密封系统和法兰本身无腐蚀性
8.垫片的温度和压力
所选用的垫片应保证在密封系统最低温度压力和最高温度压力的状况下能正常使用。
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机械设计必备知识点——密封垫片如何选型
在石油、石化、化工等行业的生产、加工、储运乃至销售环节，常常伴随着易燃、易爆、高温、高压、有毒有害和腐蚀等危险因素，机器及设备在使用中工作介质的“跑、冒、滴、漏”，给生产带来极大的危害。
设备中工作介质的泄漏，会造成浪费并污染环境。
垫片密封是过程工业装置中压力容器、过程设备、动力机器和连接管道等可拆连接处最主要的静密封型式。
它们所包含的流体介质范围相当广泛，防止液体或气体通过这些接头处泄漏出来是工厂面临的最重要，也是最困难的任务。
随着生产装置的大型化，生产工艺向高温、高压、高速的方向发展，出现泄漏的机会越来越多，发生事故的概率越来越大，造成的经济损失也越来越大。
往往一处法兰的泄漏就有可能导致一套装置乃至全厂停产，还极有可能会引起火灾、爆炸，造成人员伤亡等重大事故，发生泄漏带来环境污染、产品损失甚至事故，垫片密封的重要性也就不言而喻了。
因此，垫片的选用、设计、制造所存在的问题已逐步引起人们的高度重视。
那么，究竟应该如何选择合适的垫片呢？
垫片与垫片密封
垫片是一种夹持在两个独立的连接件（主要是指法兰）之间的材料或材料的组合，其作用是在预定的使用寿命内，保持两个连接件间的密封。
垫片必须能够密封结合面，并确保密封介质不渗透和不被腐蚀，能够承受得住温度和压力的作用。
垫片密封一般有连接件（如法兰）、垫片和紧固件（如螺栓、螺母）等组成（见图1），因此决定某个法兰密封性时，必须将整个法兰连接结构作为一个系统进行考虑。
垫片工作正常或失效与否，除了取决于设计选用垫片本身的性能外，还取决于系统的刚度和变形、结合面的粗糙度和平行度以及紧固载荷的大小和均匀性。
图1-垫片密封的法兰连接结构
垫片选型五要素
了解了垫片密封的结构，我们就可以从温度、应用、介质、压力和尺寸(TAMPS）五个方面来考虑选择一个合适的垫片。
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温度
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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，不同的垫片材料的最高工作温度差异很大。
图2 常用非金属材料的最高工作温度
除了短期能耐受的最高和最低工作温度外，还应考虑其允许的连续工作温度。
垫片材料应能够抗蠕变，以降低垫片的应力松弛，这样才能保证垫片在工作条件下密封，大多数垫片材料随着温度的升高，蠕变会变得严重，因此，垫片质量优劣的一个重要指标就是垫片在一定温度下的蠕变松弛性能。
图3 不同的改性PTFE和传统纯PTFE的蠕变测试对比
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应用
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主要是指垫片所处的连接系统的信息，需要根据法兰的材质，法兰的密封面型式，法兰的粗糙度以及螺栓信息等来选择合适的垫片材质和型式。
非金属类法兰就必须选择预紧力要求比较小的垫片，否则很可能会有在法兰上紧过程中，垫片还没有压紧而法兰已经压碎的情况出现（如图4）。
图4 非金属法兰被压碎
对于不同的法兰密封面型式，与之相对应的垫片型式也是不一样的，例如突面法兰（RF）对应的缠绕垫片型式就是带内外环型缠绕垫片，榫槽面（TG）法兰对应的缠绕垫片型式就是基本型缠绕垫片，凹凸面（MFM）法兰对应的缠绕垫片型式就是只带内环的缠绕垫片（如图5）。
图5 不同的法兰密封面型式对应不同型式的缠绕垫片
不同的垫片对于法兰粗糙度要求也是不一样的，具体可以参考图6。
图6 不同垫片推荐的法兰表面粗糙度
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介质
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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，显然垫片材料对介质的耐化学腐蚀性是选择垫片的首要条件。
对于非金属垫片或者复合垫片中的非金属材料来说，材料的耐化学腐蚀性能可以参考垫片厂家提供的非金属材料抗化学品性能表。
对于垫片中跟介质直接接触的金属材料，应和法兰材料一样或有更高的耐腐蚀性能。
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压力
∙
垫片必须能够承受最大压力，这种最大压力或许是试验压力，它可能是正常工作压力的1.25-1.5倍。
对于非金属材料的垫片，其最大压力还会与最高工作温度有关系，通常最高温度乘以最高压力的值（即PxT值）有一极限值，所以在选择其最大工作压力时，还要考虑垫片能承受的最大PxT值。
下图为GARLOCK 常见压制垫片的PxT值图，不同型式的垫片所能够承受的压力也是不一样的。
图7 GARLOCK常见压制垫片的P╳T值图
图8为各种型式的垫片所适用的法兰压力等级
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尺寸
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在满足法兰粗糙度和不平度条件时，尽可能的选择薄的垫片。
垫片的厚度与其型式、材料、直径、密封面的加工状况和密封介质等相关。
对于大多数非金属板材垫片而言，薄的垫片抵抗应力松弛的能力也比较大。
因薄的垫片其内侧跟介质接触的面积也小，所以沿垫片本体渗漏也随之减少，并且此情况下垫片所承受的吹出力也小，垫片也就不容易被吹出，图9形象的展示了薄垫片的抗吹出能力要比厚垫片强。
当然也可以参考垫片标准选择垫片厚度以及其它尺寸。
图9 同样工况下不同厚度垫片的径向受力示意图
此外，由于垫片通常采用螺栓法兰连接结构，因此装配时需要将螺栓预紧到足以达到密封的要求，另外，这一结构中的垫片更是一个受很多因素影响的密封元件，因而如何控制预紧力是一个十分棘手的问题。
各种垫片需要的压紧载荷也各不相同，对于特殊要求的垫片密封，它们没有标准的连接尺寸，如法兰厚度、螺栓尺寸、螺栓间距等，这就需要考虑专门设计。