柔性石墨金属波齿复合垫片研究进展.pdf

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1、第40卷第3期化工机械293柔性石墨金属波齿复合垫片研究进展李力驳¨’2张铱番争1李多民2(1．太原理工大学化学化工学院；2．广东石油化工学院机电工程学院)摘要介绍了波齿复合垫片的结构特点、密封机理和性能特点。总结了对波齿复合垫片各方面的研究成果以及波齿复合垫片在石化装置中的应用，提出现在亟待解决的问题是垫片的系列化和标准化。开展波齿复合垫片在各种应用场合的研究对于保障企业设备的安全、稳定运行具有重要的价值和意义。关键词波齿复合垫片结构性能中图分类号TQ050．4+3文献标识码A文章编号0254_6094(2013)03-

2、0293-04在石油化工等企业中，螺栓法兰连接泄漏是影响企业长周期、安全生产的一个重要因素。目前使用的一些垫片(如缠绕垫、橡胶板垫及包覆垫等)存在易压溃、易散架及预压紧力高等缺陷⋯，难以满足各式各样的密封要求。波齿复合垫片综合了金属密封件与非金属密封件的性能优点——密封性能好、压缩回弹性能好、耐高低温和抗腐蚀性能强、适用范围广、使用寿命长、安装方便、经济性好，是经受了实践考验的具有很大优越性的垫片忙-s]。目前已在石油化工、冶金、制药及电力等行业得到了广泛应用，并取得了良好效果。1波齿复合垫片介绍1．1结构特点及密封机理波

3、齿复合垫片是由特定结构参数的波形金属骨架与柔性石墨材料复合而成。金属骨架上下表面加工形成一条条同心圆弧沟槽，其表面再复合一层适当厚度的柔性石墨材料，这样便形成一个整体结构的垫片。波齿复合垫片常用的金属骨架材料与低碳钢骨架相比，在同样的垫片应力下，不锈钢骨架的垫片压缩率小，回弹率大忡1。波齿复合垫片的结构型式有基本型、带定位环型和带定位耳型3种(图1)。其中，基本型波齿复合垫片适用于榫槽面和凹凸面法兰，带定位环型和带定位耳型适用于全平面和突面法兰。波齿复合垫片工作时，在法兰压紧力的作用下，柔性石墨被压缩并填补法兰密封面上的缺

4、陷，波形金属骨架上的一道道环状齿峰与法兰密封面形成线密封。波形金属骨架处于弹性阶段，使密封面一直保持足够的压力，柔性石墨形成的环状密封与金属骨架齿峰形成的一道道线密封保证垫片密封一直处于良好状态。当装置中压力升起，法兰面与垫片有分离的趋势，波齿复合垫片波形金属骨架回弹使得密封面保持紧密接触。这样，无论是在正常工作还是开停车的状态下，法兰与垫片密封面都能够一直保持足够大的压力，保证密封的效果。1．2性能特点密封性能优异。波齿复合垫片以其特殊的结构以及材料组合，使得垫片在工作时能够填补法兰面的缺陷并且处于弹性变形阶段。波形金属

5、骨架使得柔性石墨层与法兰密封面保持紧密接触，同心圆弧沟槽在密封面形成分隔开的环状密封，这些使得波齿复合垫片在各种工况及环境下都能保持优异的密封性能。压缩回弹性能优良。波齿复合垫片工作时，即使在较高的法兰压紧力作用下，金属骨架主体也保持较低的应力状态，具有很好的回弹性能。波齿复合垫片的压缩回弹性能随垫片结构参数的不同而不同，适当的垫片应力、适当的结构参数可以保证垫片具有良好的综合性能。·李力驳，男，1987年2月生，硕士研究生。山西省太原市，030024。294化工机械2013年图I柔性石墨金属波齿复合垫片耐高低温。石墨材料

6、熔点高，在高温工作环境中，石墨覆层不会与法兰密封面发生粘合。与波形金属骨架复合后，波齿复合垫片兼具了两者的优点，适用于高低温场合，并且保持良好的密封性能。根据不同的结构材料，波齿复合垫片适用温度最低可达一200℃，最高达到800℃以上。抗腐蚀性能强。波齿复合垫片由于材料和结构的优越性，具有良好的耐腐蚀性能，适用于大多数介质腐蚀的场合。使用寿命长。波齿复合垫片不存在散架、扭圈等问题，储运、安装方便，并且可以重复使用。2中低温螺栓法兰连接波齿垫研究进展波齿复合垫片以其优异的性能在中低温螺栓法兰连接中得到了广泛应用，然而，GB／

7、T19066．1-2008中仅给出了其厚度要求，波齿复合垫片的系列化、标准化是亟待解决的问题。许多学者研究了波齿复合垫片结构参数与垫片性能的关系，总结有如下几点：a．应力在波峰处数值较大，在垫片内径及外径处出现应力极值；b．波齿垫骨架的最大变形节点位于垫片中部的波峰上¨1；c．随金属骨架圆弧半径的增大，相应点的最大应力值增大、压缩率增大、回弹率降低，这说明大圆弧条件下承载能力削弱，柔性增大塑性变形增加，有利于形成预紧密封，然而在温度和时间的作用下，应力松弛严重¨o；d．随着齿距的增大，齿尖上的应力迅速增大，整个环上的应力分

8、布趋于不均匀，变形增大，整个环的刚度减小"o；o．随着波齿数的增加，垫片承载能力加大¨1、应力减小，压缩率减小，回弹率相对增大㈤；f．当波齿深度较小时，环上最大应力随金属骨架厚度的增加而减小，且厚度较大的波齿环上的应力分布也较均匀，随着齿深的增加，厚度对波齿环上应力的影响趋向不明显，这时，环上最大应力将