密封的几种形式

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高压密封的结构形式
1．楔形垫与平垫自紧密封
(七) 其他形式的自紧密封
平垫自紧密封，其结构如图5—22所示，亦称 布里奇曼密封。它由螺栓套筒进行预紧，工作 时内压载荷加在端盖上，从而使金属平垫更加 压紧。这种密封结构取消了大螺栓，预紧及工 作密封载荷均由螺纹套筒承担，但大直径的装 拆困难，较少采用。
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高压密封的结构形式
(一) 平垫密封
内压上升后压力作用在顶盖上传至主螺栓、使其弹性伸长，垫片回弹， 需保持垫片有一定的比压。无论预紧还是工作状态，尽可能减小垫片的 宽度。为防止因垫圈塑性变形咬死密封口无法拆卸，顶盖可配4—6个起 卸螺栓，使螺栓的端面顶住法兰端面，将平盖顶开。 平垫密封的的优点是结构简单。 缺点是主螺栓直径过大，法兰与平盖的外径 也随之加大，变得笨重； 装拆主螺栓都极不方便； 不适合温度与压力波动较大的场合，对垫片 压紧力变化敏感易引起泄漏。 因此一般仅用于200℃以下的场合，容器内 径也不大。
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高压密封的结构形式
(三) 双锥密封
这是保留主螺栓但属自紧式的密封 结构，用双锥面的软钢密封垫圈， 两个30o锥面是密封面，垫有软金属 垫，如退火铝、退火紫铜或奥氏体 不锈钢等。 预紧时双锥垫内表面与平盖贴紧。 当内压升高平盖上浮时一方面靠双 锥垫自身的弹性扩张(称为回弹)而 保持密封锥面仍有相当的压紧力， 另一方面又靠介质压力使双锥垫径 向向外扩张，进一步增大双锥密封 面的压紧力。
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高压密封的结构形式
(七) 其他形式的自紧密封
2．三角垫、B形环、八角垫与椭圆垫密封
这些都是特殊形式的密封垫，见下图。 三角垫和B形环依靠工作介质的压力使密封圈径向压紧，从而产生自紧作用。 它们的结构都比较精细，接触面小，加工要求高， B形环要求在密封槽内有一定的过盈量，使制造与装配的要求都大大提高。 B形环密封在石油工业中较早采用，从中低压到高压以至在较高温度下都有较可 靠的密封性能，但自紧作用较小。金属的八角垫及椭圆垫是炼油与加氢装置中 习惯采用的密封结构，简单可靠。
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高压密封的结构形式
(四) 伍德密封
这是一种使用得最早的自紧式高压密封结构。 平盖是一个可上下浮动的端盖8，安装时先放入容 器顶部，放入楔形密封垫2，再放入由四块拼成一 个圆圈的便于嵌入筒体顶部凹槽的四合环4，用螺 栓将四合环位置固定，放入牵制环5，由牵制螺栓 7将浮动端盖吊起压紧楔形垫，可起预紧作用。压 7 力升高后载荷加到浮动端盖上，压力愈高，垫圈 的压紧比压愈大，密封愈可靠。 伍德密封的特点是： 自紧式，压力和温度的波动不影响密封可靠性； 取消了主螺栓，筒体与锻件尺寸大大减小，装拆 的劳动强度比主螺栓的密封结构，特别比平垫密 封的低得多。 缺点是结构笨重，零件多，加工也麻烦。
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高压密封的结构形式
(二) 卡扎里密封
这也是强制式密封，但为了解决拧紧与拆 卸主螺栓的困难，改用螺纹套筒来代替主 螺栓，见右图。 螺纹套筒与顶盖和法兰上的螺纹是间断的 螺纹，每隔一定角度(10’一30‘)螺纹断开， 装配时只要将螺纹套筒旋转相应角度就可 装好， 垫片的预紧力靠预紧螺栓施加，通过压环 传递给三角形截面的垫圈。 介质压力引起的轴向力由螺纹套筒承担， 预紧螺栓的直径比平垫密封的主螺栓小。 预紧方便是卡扎里密封最大的优点。
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高压密封的结构形式
(二) 改进的卡扎里密封
改进卡扎里密封(见右图)是为改善套筒螺 纹锈蚀给拆卸增加困难的情况，仍采用主 螺栓，但预紧仍依靠预紧螺栓，主螺栓不 需拧得很紧，从而装拆较为省力。 卡扎里密封中的压环材料一般应采用强度 较高硬度也较高的35CrMo钢或优质钢45、 35钢。密封垫圈材料与金属平垫相同。 卡扎里密封适宜平垫密封不适用的较大直 径，如直径在1m以上、压力在30MPa以上的 情况，但设计温度在350 Co以下较合适。
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Hale Waihona Puke 高压密封的结构形式(六) 空心金属O型环密封
空心金属“O”形环是用外径不超过12mm的金属小圆管弯制而成的。 “O”形环放在密封槽内，预紧时紧固件将管子压扁，回弹力为“O”形环的密封面 压紧力。如果管内充以惰性气体或能升温后气化的固体，可形成3.5～10.5MPa压 力，或在环内侧钻若干小孔使环内与工作介质连通，可加强自紧密封作用。 充气“O”形环工作时，升温后管内压力增加，补 偿了由于温度升高使材料回弹能力降低的影响， 起自紧作用。 “O”形环密封结构简单，密封可靠，经验较多。可 从中低压到超高压的密封，压力可达280MPa，个 别甚至达350～700MPa。温度从常温到350OC。 “O”形环常用奥氏体不锈钢小管制成，为改善密 封性能，常在“O”形环外表面镀银。
高压密封的结构形式
高压下的密封设计，从密封原理与密封结构上总的原则如下。 采用金属垫圈——高压密封面的比压大大超过中低压容器的密封比压 才能满足高压密封的要求，非金属垫片材料无法达到如此大的密封比 压。高压容器常用的金属垫圈是延性好的退火铝、退火紫铜或软钢。 采用窄面密封——代替中低压容器中的宽面密封有利于提高密封面比 压，可大大减少总的密封力，减小密封螺栓的直径，也有利于减小法 兰与封头的结构尺寸。甚至将窄面密封演变成线接触密封。 利用介质压力达到自紧密封——利用介质的高压来帮助密封。首先使 垫圈预紧，工作时随压力提高使垫片压紧，达到自紧的目的。自紧式 密封比中低压容器中常用的强制密封更为可靠和紧凑。
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高压密封的结构形式
1．楔形垫与平垫自紧密封
(七) 其他形式的自紧密封
工作时浮动的端盖受内压作用升高将楔形垫压紧， 达到自紧目的。楔形垫有两个密封面，靠斜面受 力所得径向分力将垫与筒体压紧。这种结构虽有 自紧作用，但仍有主螺栓，主螺栓不仅要提供预 紧力，浮动端盖所受到的介质载荷也将由主螺栓 承担。因此主螺栓较大，使法兰尺寸也较大。
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高压密封的结构形式
(一) 平垫密封
依靠紧固件(螺栓)压紧垫圈达到预紧并保证工 作时也能密封，称为强制密封。 常见的强制式高压密封结构是平垫密封结构。 与中低压容器中常用的法兰垫片密封相似，但 将非金属垫片改为金属垫圈，将宽面密封改为 窄面密封。 窄面金属垫圈为退火紫铜、退火铝或10钢制成 的扁平金属圈。预紧和工作密封靠端部大法兰 的主螺栓施加足够的压紧力。预紧时使垫圈产 生塑性变形堵塞微小的泄漏通道。预紧力的大 小与垫片的宽度和材料的屈服强度有关。
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高压密封的结构形式
(八) 高压管道密封
由于高压管道在现场安装，对连接的尺寸精度不可能过高，常出现强制连接的情 况，带来很大的附加弯矩或剪力。高压管道的连接结构设计应给予特殊的考虑。 采用球面金属垫，形成球面与锥面之间的线接触密封。能自动适应两连接管道 不直的情况，即自位性好，线接触处可得到较高密封比压，密封可靠。如图所 示，将管端加工成B＝20o的锥面作为密封面，垫圈则为带有两个球面的透镜式 垫圈，用软钢制成，或用原管道材料车削而成。 管道与法兰不用焊 接，螺纹连接，法 兰对管道的附加弯 曲应力很小，当安 装管道不同心不直 时法兰对管道的附 加弯矩大为减小。
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高压密封的结构形式
钢质“C”形密封环形状如图：
(五) C型密封
环的上下面有一圈突出的圆弧，这是线接触密封。由紧 固件预紧时“C”形环受到弹性的轴向压缩，允许少量屈 服。工作时顶盖上浮，一方面密封环回弹张开，另一方 面由内压作用在环的内腔而使环进一步张开，使线接触 处仍旧压紧，压力越高越紧。“C”形环是自紧式密封环。 “C”形环的优点是结构简单，无主螺栓，特别适合于快开 连接，但由于使用大型设备的经验不多，一般只用于内 径1000mm以内32MPa压力以下及350oC以下的场合。