密封结构原理与槽垫密封结构炼自《ASME锅炉与压力容器.pdf

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1、密封结构原理与槽垫密封结构——炼自《ASME锅炉与压力容器法规》作者：徐长祥（1945-），男，汉，四川省中江县人，高级工程师，大学本科，现主要从事外径规格管路系统(tubingsystem)和内径规格管路系统(pipingsystem)连接原理、结构与零部件研究。●液压与气动杂志，2009年第8期●石油化工设备杂志，2009年第5期●阀门世界2009年亚洲学术会议与展览0密封结构原理与槽垫密封结构——炼自《ASME锅炉与压力容器法规》浙江华夏阀门有限公司徐长祥xchx9763@sina.com内容提要：只要适当选用“微观线后跟面的线接触”和软密封垫，使结构在无

2、介质压力时实现初始密封的最小名义应力y小至有介质压力时的密封维持系数m=Fs/Fu有意义，任何密封结构都可按m>1来设计和校对，因为m=1时的结构的密封作用力(Fs)等于密封面上的介质去密封作用力(Fu)。本密封维持因素m和y源于但不同于《ASME锅炉与压力容器法规》的理念。关键词：密封结构原理,密封维持系数m,最小名义应力y,微观线后跟面的线接触,微观锯齿环1密封的任务密封的任务是填平补齐对接表面的凸凹不平。密封对接表面一般都是由车镗工艺加工而成的，因此，密封的任务是填平补齐车镗加工引起的表面几何误差。机械加工表面几何误差有表面粗糙度、表面波纹度和表面形状误差

3、三种；表面粗糙度是由切削刃迹构成的轮廓元宽度较窄(或波长较短)的表面微观几何误差，其轮廓元(宽度Xs/高度Zt)<50；表面波纹度是加工振动所致的轮廓元宽度稍宽(或波长稍长)的表面微观几何误差，其轮廓元(宽度Xs/高度Zt)=50~1000；表面形状误差是机床导轨或工件安装夹紧所致的轮廓元宽度较宽(或波长较长)的表面宏观几何误差，其轮廓元(宽度Xs/高度Zt)>1000。密封面宽度远小于机床导轨平行度与垂直度引起的表面形状误差波长，反映在对接密封面上的表面形状误差可忽略不计，工件安装夹紧所致的表面形状误差应当而且可以避免；普通车镗加工手段属稍精细的机械加工范畴，

4、需要使用稍高的主轴转速和稍细的进给速度，振动所致的表面波纹度的波长较短，刃迹构成的粗糙度的波长更短；因此，密封要填平补齐的是对接表面上较细腻的微观表面波纹度和粗糙度量级的凸凹不平。欧洲标准EN13555第5.2条更是明确认定，密封要填平补齐的是对接表面上表面粗糙度量级的凸凹不平。现代普通车镗水平是内表面Ra3.2~Ra1.6μm、外1)表面Ra1.6~Ra0.8μm，所以，密封要填平补齐的最终是表面粗糙度不粗过Ra3.2的对接表面的表面粗糙度引起的表面凸凹不平。2垫的压力传递特性常用密封材料在某个常温范围，其它材料在某个高温范围，几乎都是晶体区与非晶体区相互不停

5、转换与共存的粘弹材料，而晶体区致材料显固相特性、有强度和刚性，非晶体区致材料显液相特性、有粘性和弹性。液相成分的流动性可导致密封垫的压力传递各向同性，无论介质作用面与密封面是平行还是垂直，都有可能将垫表面压强全数转换为密封面的密封应力；液相成分的体积不可压缩性可导致密闭压缩中的密封垫，象油缸中的液压油一样，有超强的抗压能力——只要挤出间隙足够小，就决不会被挤破；液相成分的粘性可导致密封垫应变滞后应力，或导致垫密封应力松弛或导致密封垫冷流，引起密封失效；液相成分的粘性还可致使密封垫的压力传递高度递减。固相成分的稳固性可导致密封垫的压缩应力，至多只能按泊松比和虎克定

6、律，减半地转换成其正交方向上的延伸应力(因为常用密封材料的泊松系数小于0.5)，因此，有可能只能将自密封垫的表面压强，按投影转换成其它方向、按泊松比转换成正交方向的密封应力。所以，质地较软的弹性橡胶垫几乎可按液体传递压力，质地硬的垫几乎只能按固体泊松比和矢量传递压力，质地软硬中等的聚四氟乙烯垫可在屈服前在微观上按液相、宏观上按固相传递压力，可在屈服后在宏观上按液相传递压力。3密封结构原理任何密封接触面都是一个干扰脉冲放大器，当其受到干扰作用力而影响密封应力瞬间下降至某种程度时，压力介质将逐步而又迅速地渗入密封接触面而产生一个“密封接触面积x介质压强”的去密封作用

7、力，因此，可用密封维持系数或抗干扰系数m(=结构的密封作用力Fs/密封面上的介质去密封作用力Fu)来衡量一个密封结构的密封维持性或可靠性。如果m=Fs/Fu始终成立，则无疑m=1时，结构的密封作用力(Fs)=密封面上的介质去密封作用力(Fu)=密封接触面积x介质压强，结构应处于密封与非密封临界状态，m稍大于1时，结构应维持密封，m比1越大，结构维持密封的能力越强，可靠性越高。然而，如果无介质压力时结构实现初始密封所必须的最小名义应力y(按名义接触面积计算、用0.14巴介质压力测试)过大，结构的额定工作压力又过小，则有可能按m公式确定的结构的密封作用力Fs(=mF

8、u)连初始密封都无法实现