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廊坊凱信密封材料有限公司（廊坊東潤密封材料有限公司）
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所用法蘭的結構有凹凸法蘭和榫槽法蘭 2 種形式 , 與有關標準核對后可知法蘭結構無任問題 , 法蘭尺寸、緊固件的結構和尺寸、 緊固件的緊固力矩均符合有關設計要求。使用部位為榫槽面或凹凸面法蘭 , 墊片型式全部為基本型。
產品介紹
(磐石市四氟金屬纏繞墊標準）
墊片及法蘭的結構分析
所用法蘭的結構有凹凸法蘭和榫槽法蘭 2 種形式 , 與有關標準核對后可知法蘭結構無任問題 , 法蘭尺寸、緊固件的結構和尺寸、 緊固件的緊固力矩均符合有關設計要求。使用部位為榫槽面或凹凸面法蘭 , 墊片型式全部為基本型。將法蘭、 緊固件和密封件的設計與相關的國家和法蘭、 緊固件標準進行比較 , 發現法蘭厚度、 緊固件的直徑等都比國家標準規定的更為保守 , 因此 , 墊片泄漏與法蘭、 緊固件并沒有直接的因果關系。對墊片使用部位的法蘭密封部位尺寸設計思想則與我國的標準及標準有較大出入 , 把法蘭的榫槽/凹凸面的凸出高度設計成當墊片被安裝到位時 , 上下兩片法蘭是緊緊貼合的 ;而國內則設計成法蘭間留有一定間隙。 但是這一區別也不能*解釋法蘭泄漏的原因。
泄漏原因分析
2.1 墊片的內徑尺寸過大對基本型墊片的尺寸 , 國內所有的標準均按以下原則設計 :墊片的內外徑基本上按榫槽面法蘭的榫內外徑尺寸 , 如 PN 系列和 Class 系列的墊片內徑是按法蘭的 Z +0.5(Z 為榫槽結構法蘭的凹槽內徑)或 W -0 .5(W 為榫槽結構法蘭的榫內徑)設計。 換句話說 , 墊片在榫槽內的工作狀態與帶內環和定位環型墊片是類似的。
如果榫槽面法蘭用基本型墊片的內徑過大 , 墊片內徑處便沒有了約束。 當墊片被施加預緊力后墊片會產生變形 , 其中厚度方向上的變形是主要的 , 也是墊片實現密封所必需的 , 因為密封是由法蘭與墊片接觸表面產生的大于介質壓力的應力來實現的。 對金屬纏繞墊片而言 , 實現這種密封的小預緊應力是工作介質壓力的 3 倍(既墊片系數 m =3),
實際安裝時通常按此再予以加倍。 例如表 1中序號 6 墊片的預緊應力就設計成 180 .1MPa , 是介質壓力 24.2 MPa 的 7 .4倍。隨著時間推移 , 墊片的內徑處還會產生向內方向的徑向變形 ,即 “ 徑向屈曲” 。 這種變形將對正常密封造成破壞。 由于徑向屈曲的存在和持續發展 ,造成了墊片的應力松弛 , 當墊片與法蘭接觸面上的應力降到一定程度時便開始了泄漏 ,并隨使用時間的延續而加劇。 只要金屬纏繞墊片的結構合理 , 發生密封失效的情況通常不會發生。
(磐石市四氟金屬纏繞墊標準）2.2 墊片型式錯誤
為了防止徑向屈曲 , 在 ASME B16 .20 、EN12560 -2 和 EN1514 -2 等國外金屬纏繞墊片標準中都有這樣的規定 :一 , 推薦所有壓力等級的金屬纏繞墊片帶內環 ;第二 , 當 PN 或CLASS 在一定值(PN6 .3)及以上時規定應帶內環 , 新標準是 “ 所有壓力等級的墊片均應帶內環。 如 ASME B16 .20 推薦用柔性石墨為填充帶的墊片應帶內環、 CLASS1500 和DN300 及以上應帶內環 ;EN1514 -2 規定PN63 及以上金屬纏繞墊片應帶內環 ;EN12560 -2 則規定 CLASS1500 及以上的所有尺寸應帶內環等。由此推斷 , 當墊片存在內徑空擋時 , 不帶內環是不安全的。
2.3墊片選料不當
對金屬纏繞墊片的鋼帶材質進行分析后發現 , 使用的材料是 SUS316 。 通常認為在 566 ℃汽溫下選擇 SUS316 材料做墊片的鋼帶并不恰當。 因為當溫度為 500 ℃以上時 ,這種材料的高無沖擊工作壓力便衰減為常溫時的 61 %, 只比 SUS304 高出約 4 %, 耐高溫特性不如 SUS310 、 INLOLOY 800 等材料。 雖然在選用材料時已經考慮到這點 ,使用時不會造成嚴重的后果 , 但從更安全的角度考慮 , 材料的耐高溫性能應該再好些 ,
比如采用 SUS310 、 INCOLOY 800 等。
采取的對策
(1)給金屬纏繞墊片加內環 。 考慮到與相同壓力等級和直徑的墊片密封面設計寬度相比 ,使用部位留給墊片密封面的寬度已經不大 ,所以就采取了在內徑部位加鋼絲內環的方法 , 鋼絲內環的位置恰好與原設計所留出的空擋相當。 雖然鋼絲內環與通常由鋼板加工而成的內環相比有所區別(見圖 1)。 但對改善墊片力學性能的效果還是明顯的。
(2)由于金屬纏繞墊片用于高溫 、 高壓部位 ,且對可靠性要求非常高 , 將墊片的厚度由 4 .5 mm加厚至 5 mm , 也就是將鋼帶 V 型角度由 60°改為 75°, 改善了墊片密封元件的壓縮回彈性能。
(3)改進了金屬纏繞墊片鋼帶的材料 。 選用耐高溫性能更好的材料(耐溫可達 800 ℃)替代SUS316 。 由于對水蒸汽的腐蝕性幾乎可不考慮 , 所以可根據高溫下的許用應力大小來選擇材料。
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