静密封知识

3.金属垫片
在高温、高压和工况波动频繁等苛刻操作条件下，各种金属材料仍 是密封垫片的首选材料。为了减小螺栓载荷和使连接结构紧凑，除了金属 平垫片应尽量采用窄宽度外，应优先选用线接触密封垫片，这些垫片有齿 形垫片、椭圆垫、八角垫、透镜垫、“O”形环等。
七、垫片结构特点、性能及标准
1.垫片的结构特点和性能 （1）石棉橡胶垫片
（5）缠绕式垫片
缠绕式垫片是由薄的金属成型带和非金属填充材料带以及内、外金属加 强环组装而成的一种金属-非金属组合垫片。垫片本体由金属带与非金属填充材 料带相间缠绕而成，其剖面形状如图所示。垫片本体起密封作用，而内、外加强 环起定位或加强作用。金属带剖面形状通常有“W”形和“V”形两种，“W”形 金属带回弹性能优于“V”形，但加工困难，所以国内目前大多采用“V”形金属 带。 缠绕式垫片的优点是压缩回弹性能好，强度高，具有多道密封作用，对 于法兰密封面表面缺陷不太敏感，可部分消除压力、温度变化和机械震动的影响， 在高温、高压、低温、载荷循环交变等苛刻条件下仍具有良好的密封性能，适用 于公称压力PN0.2-25.0MPa的螺栓法兰连接。 缠绕式垫片按结构型式的不同分为：基本型、带内加强环、带外加强环 型及带内、外加强环型四种。 制造缠绕式垫片的金属带材料一般有低碳钢、不锈钢、钛、蒙乃合金等， 厚度通常为0.15-0.30㎜；非金属带材料有特制石棉、柔性石墨和聚四氟乙烯等。 厚度一般为0.3-1.0㎜.内加强环材料通常应与金属带材料相同；外加强环材料一 般采用Q235钢，并经防锈处理。
三、法兰类型
四、法兰密封面型式
五、静密封分类
径向胀接密封
紧配合密封
轴向紧配合密封 不可拆、半可拆连接 不直接承受接管轴向力的焊接密封 焊接密封 直接承受接管轴向力的焊接密封 静密封
密封胶、胶黏剂 自紧密封
平垫片密封 金属垫片密封 非金属垫片密封 金属-非金属组合式垫片密封 金属垫片密封 成型垫片密封 强制密封 无垫片密封 填料密封 非金属垫片密封
400
GB/T3280
500
备注
可采用其它材料，但订货时注明
金属包覆垫型式
(6)金属齿形垫片和金属齿形组合垫片
金属齿形垫片的剖切面是锯齿形，齿间距t=1.5-2㎜，齿高h=0.65-0.85mm，齿顶宽度 c=0.2-0.3mm，在密封面上车制若干个同心圆，其齿数一般为7-15个，视垫片规格大小不பைடு நூலகம்。金 属齿形垫片的结构型式有基本型、带外环型、带内外环型及带内环型四种。图所示为基本型金 属齿形垫片的结构。由于垫片表面的V形齿与法兰表面形成许多具有压差空间的线接触，所示密 封可靠，使用周期长。和一般金属平垫片相比，这种垫片所需的预紧应力较小，当尺寸相同时， 金属平垫片所需的预紧应力要比齿形垫片大2-2.5倍。金属齿形垫片的主要缺点是垫片使用后容 易在法兰密封面上留下压痕，故每次更换垫片时，需对两法兰密封面重新进行加工，因而费时 费力。金属齿形垫片适用的公称压力为PN1.6MPa-25.0MPa、适用的最高温度为600℃。 用于一些经常拆卸的大型容器的齿形垫片，可在垫片的两表面复合一层非金属材料，如 石棉橡胶板、非石棉纤维橡胶板、柔性石墨板等，这不仅保护了法兰密封面，而且密封性能亦 可明显提高，这样的垫片称为齿形组合垫片。齿形组合垫片在预紧时易产生塑性变形，较容易 形成初始密封。这种垫片密封性能号、使用压力范围广、机械强度高。复合的非金属材料厚度 一般为0.5mm。由于齿尖的作用，非金属材料不易产生塑性流动，可保护较高的密封比压。齿形 垫片除了增加组合垫片的弹性外，还对软垫片起到增强作用，致使石棉橡胶板这类强度较低的 材料能承受高压。标准金属齿形组合垫片的结构型式如图所示。带外环型的垫片主要适用于突 平面法兰；基本型垫片主要适用于凹凸面法兰。金属齿形组合垫片适用于公称压力PN1.6MPa42.0MPa的法兰连接。
a剖切型
b机加工型
c折包型
(3)柔性石墨复合垫片
柔性石墨复合垫片由柔性石墨复合板裁制而成。柔性石墨复合板由充齿的金属 薄板与柔性石墨菲尔霍而成。根据需要，垫片的内缘和外缘可采用不锈钢或碳钢进行 包边。 柔性石墨复合垫片的主要特点：有良好的耐腐蚀、耐辐射性能，耐高低温，在 中压工况下有较成熟的使用经验。所需的预紧应力比金属垫片和柔性石墨缠绕式垫片 小。由于柔性石墨具有良好的可塑性和充填性，使用这种垫片时相配的法兰密封面不 需要精密加工，对法兰密封面上的“水线”沟槽也能适应，相对说来比较经济。 柔性石墨复合垫片适用于各种管道、阀门、压力容器、换热设备的法兰连接。 对由碳钢冲齿板增强的垫片，其最高适用温度可达450℃；对由不锈钢冲齿板增强的垫 片，适用温度可达650℃。
（4）金属环垫 金属环的截面形状通常为八角形或椭圆形，有径向自紧密封作用。八角形截 面的金属环垫常称为八角垫；椭圆形截面的金属环垫常称为椭圆垫。金属环垫与法兰 梯形槽的内外侧面（主要是外侧面）形成线接触密封，因而预紧载荷系数较小。金属 环垫主要用于高温、高压管线。 金属环垫最早来源于美国，20世纪20年代首先用于锅炉、釜及其它高压容器 的密封。以后在石油开采、炼油、石油化工、电力等工业部门得到广泛应用。金属环 垫适用的公称压力为PN2.0~42.0MPa，例如海上作业、化学和石化工业。 椭圆形金属环垫专门应用在环连接法兰。而平槽法兰既可用椭圆形金属环垫 也可用八角形金属环垫。虽然八角形金属环垫较优先使用，但椭圆形金属环垫可应用 在法兰可能发生震动的工况中，例如化学工业的热交换器。
2.金属-非金属组合垫片
非金属材料具有柔软性和可压缩性好，制成的垫片预紧比压小、容 易与法兰表面紧密贴合等优点，但其主要缺点是强度低、回弹性差、不适 合高温、高压场合。所以，结合金属材料强度高、弹性好、耐高温的特点， 通过合理选择金属、非金属材料和垫片结构，可以制成压缩回弹性能好、 强度高、耐腐蚀、抗高温、密封可靠的金属-非金属组合垫片。除了有金 属骨架增强的柔性石墨复合垫片外，缠绕式垫片、金属包覆垫片、波齿复 合垫片等在各工业部门得到了极为广泛的应用。
石棉橡胶垫片是以石棉橡胶板裁制成型的软垫片，适用于水、水蒸汽、 油类、溶剂、中等酸、碱的密封，在中、低压法兰连接的密封中占有相当大的比 例。但是，由于石棉的强致性和放射性，20世纪70年代以来一些工业发达国家先 后制定了禁止或限制石棉及其制品使用的法令，我们部分企业或行业业凯开始明 令禁止使用石棉密封材料。今后，石棉橡胶垫片的用量必将逐年减少，新型密封 材料将逐步替代石棉制品。石棉橡胶板以石棉纤维、橡胶为主要原料再辅以橡胶 配合剂和填充料，经过混合搅拌、垫辊成型、硫化等工序制成。石棉纤维油较好 的韧性及保温性，并能在450℃—510℃温度下保持原料的特性。石棉橡胶板根据 其配方，工艺性能及用途的不同，可分为普通石棉橡胶板和耐油石棉橡胶板。
金属包覆垫片的最高工作温度
包覆金属材料
填充材料 标准 名称 标准
最高温度限
名称 纯铝板L3
纯铜板T3 镀锡薄钢板 镀锌薄钢板 08F 0Cr18Ni9 00Cr19Ni10 00Cr17Ni14Mo2
℃
200
300
GB/T3880
GB/T2040 GB/T2520 GB/T2518 石棉橡胶板 GB/T710 GB/T3985
静密封知识
目 录
一、泄露与密封 二、密封的方法 三、法兰的类型 四、法兰密封面型式 五、静密封的分类 六、垫片的分类 七、垫片的结构、性能及标准 八、垫片选用的基本原则 九、选用垫片考虑的因素 十、标准垫片的选用 十一、字母知识 十二、材料代号
一、泄露与密封
泄露是自然界常见的现象，如:自来水、煤气、管道、 阀门等泄露造成危害或能源损失，所以人们在生产实际中千 方百计地设法防止和消除泄露。 是指介质泄露，如气体、液体、固体或它们的混合物， 从一个空间进入另一个空间的人们不希望发生的现象。单位 时间内泄露的介质量称为泄漏率。 由于机械加工的结果，机械产品的表面必然存在各 种缺陷以及形状和尺寸偏差。因此在机械零件的接触处不可 避免地产生微小的间隙，当存在压力差或浓度差时，工作介 质就会通过间隙泄露。 密封是指机器、设备的连接处没有泄露的现象。能 起密封作用的零部件称为密封件。较复杂的密封连接称为密 封系统或密封装置。
（2）聚四氟乙烯包覆垫片
聚四氟乙烯包覆垫片是一种非金属复合垫片，一般由包覆层及嵌入物两部分组 成。包覆层主要起耐油腐蚀作用，通常由聚四氟乙烯材料制成。嵌入物（填料）为弹 性较好的带或不带金属增强层的非金属密封材料，通常为石墨橡胶。石油、化工、制 药及食品工业中的一些容器、管道、阀门连接，为保证物料清洁也常常采用聚四氟乙 烯包覆垫片进行密封。 聚四氟乙烯包覆垫片主要用于突平面型及平面型钢制管法兰连接，适用于公称 压力PNMPa0.6—5.0MPa、工作温度0℃—150℃的腐蚀性介质或清洁度要求较高的介质。 a.为剖切型包覆垫片，它是用聚四氟乙烯筒料车削成0.8㎜—1.0㎜厚的环状薄片，从 外测厚度的中心切开，再放入夹嵌物。 b.为机加工型包覆垫片，包覆层内径可与法兰内径一一致，以防止流体在法兰连接处 产生泄流。 c.折包型包覆垫片，厚度为0.4㎜—0.8㎜的带状聚四氟乙烯薄膜通过加热包覆在环状 夹嵌物外面，制造简便，适用于尺寸较大的法兰。
二、密封的方法、
密封的本质在于阻止被密封的空间与周围介质之间的质 量交换。密封的方法主要有以下四种： 1、尽量减少密封的部位； 2、堵塞或隔离泄露通道； 3、增加泄露通道中流动阻力； 4、采用永久性或半永久性连接。 密封的分类方法很多。按所密封的介质可分为气体密封、 液体密封等；按设备种类可分为容器密封、管道密封、压缩机密 封、釜用密封等；按密封装置的工作压力可分为高压密封、中低 压密封、真空密封等；按密封面间的相对运动状态又可分为动密 封和静密封两大类。 公司目前加工的是静密封的垫片，由于垫片装在法兰上 或腔内（填料密封），因此先介绍法兰的类型及密封面型式。
（5）金属包覆垫片
金属包覆垫片是以非金属材料为芯材，裁剪成所需要的形状，外面包以厚度为 0.25—0.5㎜金属薄板组成的一种复合垫片。按垫片的截面形状，通常分为平面型包覆垫 片及波纹型包覆两种，如图所示。