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1、垫圈的分类选用与密封失效的对策分析垫圈的分类选用与密封失效的对策分析2011年10月07日 密封垫圈的泄漏现象、密封垫密封机理、分类与结构形式、密封垫的选用、垫片的特性及选择等。 1、密封垫的泄漏现象 一般垫片的泄漏现象有四种形式：界面泄漏、渗透泄漏、扩散泄漏、破坏泄漏。 界面泄漏：界面由于垫片压紧不够、法兰结合面光洁度不当、法兰变形等均会在密封界面上产生泄漏。对于界面世漏，采用软垫料夹紧在法兰面中可防。 渗透泄漏：由于软材料的材质大都是纤维，容易被介质浸适，特别是压力作用。由于毛细现象，介质会渗透到低压侧来，形成渗透。 扩散泄漏：在浓度差的推动下，介质通过密封间隙或密封材料的毛细管产生的物质
2、传递而产生泄漏。扩散是分子运动的结果，且不是单向的。在密封压差极小或真空状态，或密封氮、氢等渗透性物质，以及剧毒、放射性物质时要特别注意渗透和扩散两种泄漏。 破坏泄漏：在密封部位工作条件比较恶劣，热变形大，经常受振动、冲击，安装不当，紧固力过大，重复多次使用，压缩变形，内应力集中，超过疲劳强度而破坏，材料老化、变质等均会造成破坏泄漏。这种泄漏造成影响最大，危害也大，要加强防范。 2、密封垫密封机理 密封垫的作用，是由密封材料对于接合表面的接触压力和对于紧固外力的弹性回复力所共同形成的对内部介质阻断作用而产生的。 3、密封垫的分类与结构形式 密封垫分为非金属密封垫非金属与金属组合密封垫和金属密封
3、垫三大类，其材料常见的有橡胶、皮革、石棉板、软木、聚四氟乙烯、马口铁、钢、铝、铜及不锈钢等。 4、密封垫的选用 密封垫的选用原则：根据工作压力，工作温度，密封介质的腐蚀性及结合密封面的形式来选用。一般来说，在常温低压时，选用非金属软蜜密封垫；中压高温时，选用金属与非金属组合密封垫或金属密封垫；在温度，压力有较大的波动时，选用弹性好的或自紧式密封垫；在低温，腐蚀性介质或真空条件下，应考虑具有特殊性能的密封垫。 法兰形式的影响：法兰形式不同，要求使用的垫片也不同。光滑面法兰一般只用于低压，配软质的薄密封垫；在高压下，如果法兰的强度足够，也可以用光滑面法兰，但应该用厚软质垫，或者用带内加强环或加强环
4、的缠绕密封垫。在这种场合，金属垫片也不适用，因为这时要求的压紧力过大，导致螺栓较大的变形，使法兰不易封严。如果要用金属垫片，则应将光滑面缩小，使其与垫片的接触面积减小。这样，在螺栓张力相同的情况下，缩小后的窄光滑面的压紧应力就会增大。 5、垫片的特性及选择 石棉橡胶板：石棉橡胶板是由重量比为60-80的石棉和10-20的橡胶作为主要成份，加入填充剂、硫化剂压制而成。使用温度一般推荐在300以下使用，原因就是温度增高，会影响到介质对石棉橡胶板的作用，特别是介质为橡胶溶剂和腐蚀性化学品时，温度的增高会加速橡胶膨胀和腐蚀。它的使用公称压力一般为0.25-2.5MPa石棉橡胶板纤维之间存在微小间隙，在
5、压力作用下易出现渗透泄漏，虽然可提高压紧力来克服，但过高的压紧力又会使垫片失去回弹性，造成密封失效。气体比液体更易泄漏，所以对真空和有毒介质密封时，不要选用石棉橡胶板。 橡胶： 1氯丁橡胶（CR）是由氯丁二烯做单体乳液聚合而成的聚合体。这种橡胶分子中含有氯原子，所以与其他通用橡胶相比：它具有优良的抗氧、抗臭氧性，不易燃，着火后能自熄，耐油、耐溶剂、耐酸碱以及耐老化、气密性好等优点；其物理机械性能也比天然橡胶好，故可用作通用橡胶，也可用作特种橡胶。主要缺点是耐寒性较差，比重较大、相对成本高，电绝缘性不好，加工时易粘滚、易焦烧及易粘模。此外，生胶稳定性差，不易保存。使用温度范围：约45-100。主
6、要用于制造要求抗臭氧、耐老化性高的电缆护套及各种防护套、保护罩；耐油、耐化学腐蚀的胶管、胶带和化工衬里；耐燃的地下采矿用橡胶制品，以及各种模压制品、密封圈、垫、粘结剂等。 2丁基橡胶（IIR）是异丁烯和少量异戊二烯或丁二烯的共聚体。最大特点是气密性好，耐臭氧、耐老化性能好，耐热性较高，长期工作温度可在130以下；能耐无机强酸（如硫酸、硝酸等）和一般有机溶剂，吸振和阻尼特性良好，电绝缘性也非常好。缺点是弹性差，加工性能差，硫化速度慢，粘着性和耐油性差。使用温度范围：约40-120。主要用作内胎、水胎、气球、电线电缆绝缘层、化工设备衬里及防震制品、耐热运输带、耐热老化的胶布制品。 3丁晴橡胶（NB
7、R）丁二烯和丙烯晴的共聚体。特点是耐汽油和脂肪烃油类的性能特别好，仅次于聚硫橡胶、丙烯酸酯和氟橡胶，而优于其他通用橡胶。耐热性好，气密性、耐磨及耐水性等均较好，粘结力强。缺点是耐寒及耐臭氧性较差，强力及弹性较低，耐酸性差，电绝缘性不好，耐极性溶剂性能也较差。使用温度范围：约30-100。主要用于制造各种耐油制品，如胶管、密封制品等。 4乙丙橡胶（EPMEPDM）乙烯和丙烯的共聚体，一般分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶。特点是抗臭氧、耐紫外线、耐天候性和耐老化性优异，居通用橡胶之首。电绝缘性、耐化学性、冲击弹性很好，耐酸碱，比重小，可进行高填充配合。耐热可达150，耐极性溶剂酮、酯等，但不耐脂肪烃
8、和芳香烃，其他物理机械性能略次于天然橡胶而优于丁苯橡胶。缺点是自粘性和互粘性很差，不易粘合。使用温度范围：约-50-150。主要用作化工设备衬里、电线电缆包皮、蒸汽胶管、耐热运输带、汽车用橡胶制品及其他工业制品。 5硅橡胶（Q）为主链含有硅、氧原子的特种橡胶，其中起主要作用的是硅元素。其主要特点是既耐高温（最高300）又耐低温（最低100），是目前最好抗寒、耐高温橡胶；同时电绝缘性优良，对热氧化和臭氧的稳定性很高，化学惰性大。缺点是机械强度较低，耐油、耐溶剂和耐酸碱性差，较难硫化，价格较贵。使用温度：60200。主要用于制作耐高低温制品（胶管、密封件等）、耐高温电线电缆绝缘层，由于其无毒无味，
9、还用于食品及医疗工业。 6氟橡胶（FPM）是由含氟单体共聚而成的有机弹性体。其特点耐温高可达300，耐酸碱，耐油性是耐油橡胶中最好的，抗辐射、耐高真空性能好；电绝缘性、机械性能、耐化学腐蚀性、耐臭氧、耐大气老化性均优良。缺点是加工性差，价格昂贵耐寒性差，弹性透气性较低。使用温度范围：-20-200。主要用于国防工业制造飞机、火箭上的耐真空、耐高温、耐化学腐蚀的密封材料、胶管或其他零件及汽车工业。 9柔性石墨复合垫片：它是由冲齿的金属芯板与膨胀石墨粒子复合的板材制成的一种石墨增强垫片。具有优良的回弹性，密封性能较橡胶或石棉橡胶板好得多，同时它的耐高温性也较好，在500高温之下毫无蠕变发生，一般推
10、荐公称压力范围为1.06.3MPa,最高使用温度对于低碳钢和不锈钢芯板分别为450和650。 10缠绕密封垫:它是把薄的金属带和薄的非金属带紧贴在一起,一层一层地缠绕所构成的圆环形密封垫。它兼有金属的优良回弹能力、耐热性和非金属材料的柔软性。一般推荐公称压力范围1.6-16Mpa,使用温度根据不同的软性填充材料，最高可达450。它对密封面光洁度的要求不高，对法兰的歪斜和变形能很好适应。 11金属包覆垫：它一般由金属材料(如不锈钢皮、镀锌、镀锡薄板等)作包覆层，石棉橡胶板作为填充材料制成推荐压力范围2.5-100Mpa,温度不超过500。它有较好的耐热性和回弹能力，柔软性较缠绕垫片好，但对密封面
11、的光洁度要求较高。 压紧力分布不均匀：压紧力的不均匀是由多方面因素造成的首先是人为因素，施工时不对称预紧螺栓，容易造成不均匀，这个因素可在施工中消除；理论上法兰压紧时，密封面是绝对平行的，然而实际上，管道中心线不可能绝对同心，因而拧紧螺栓时对法兰产生弯矩，使法兰受力不均匀。这种不匀称的连接，使密封面或多或少的发生变形，使密封压紧力减小，在运行载荷下，容易产生泄漏。第三，螺栓排列密度对压力分布影响也较明显，螺栓挨得越近，压力越趋均匀。 应力松弛与扭矩损失：应力松弛与扭矩损失也是造成泄漏的主要原因。螺栓在法兰上拧紧后，由于机构的振动、温度的升高或下降等因素的影响，工作过程中垫片将发生应力松弛现象，
12、螺栓扭矩也随之逐渐下降，产生扭矩损失，导致泄漏。一般来讲，螺栓长，残存的扭矩大，直径越小，对防止扭矩损失越有利，因此，用长而细的螺栓，是防止扭矩损失的一个有效的办法。此外，温度变化越大，持续时间越长，扭矩损失越严重。把螺栓加热一定时间使其伸长，再保持给定的扭矩，对防止扭矩损失很有效。还有就是垫片越薄，扭矩损失越小。另外防止机器和管道本身强烈振动，及排除邻近设备振动的影响、不无谓的撞击密封面、不敲打紧固后的螺栓等，都可防止扭矩损失。 密封面不光洁：密封面光洁度不当也易造成泄漏。 温度：温度的降低对泄漏也有较大影响。法兰联结的泄漏经常发生在冷却时，因为冷却时法兰和螺栓的冷却速度不一样，冷却后垫片的
13、压紧力发生的应力松弛，加之管道的冷收缩，产生朝螺栓拉伸方向的力，此力会促使泄漏产生，所在低温介质场合选择垫片时，应注意：1)采用低温下有弹性的垫片：2)垫片厚度应尽可能取小，法兰间隙尽可能小；3)采用高强度螺栓，使应变小。 材质 密封形式 密封特性 备注 中压石棉板材 耐油石棉板材 无石棉板材 平垫片 管配法兰接口，水，气体，油，酸碱稀液 石棉材料已趋于淘汰，不建议使用 丁晴橡胶 内外骨架油封，各种V、U、Y型O型圈，承受高压力处夹布橡胶产品 液压传动密封，各种油类或管阀接口密封 尚有其他特殊胶种如:三元乙丙，氯丁，氯醇丁基，丁苯等供特殊工况条件选用 硅橡胶 液压传动密封，高温气体，食品医疗专
14、用 氟橡胶 液压传动密封，苛刻的酸碱环境 石棉纤维，橡胶，铜丝 盘根 泵阀密封 250 60kgf/cm 芳纶纤维(无石棉) 耐腐蚀，耐磨损 石棉纤维外浸F4及硅油盘根为芳纶F4盘根的经济替代型 聚四氟乙烯 盘根 耐腐蚀，耐线速(GFO) 填充改性填料 各类动静密封及机配件 平垫片 管配法兰接口，绝缘，防老化，适用各种气体强酸碱液体密封 钢骨架外复石墨 平垫片 管配法兰接口替代石棉平垫片升级换代产品 不锈钢F4缠绕 基本型及带内外环 管配法兰接口，适用强腐蚀介质 板材(碳纤维无石棉) 平垫片，4000以内超大规格 耐腐蚀400 60kgf/cm管配法兰接口, 适用介质广泛 不锈钢石墨缠绕 基本型及带内外环 适用各种介质 柔性石墨 填料环 泵，阀，杆，轴密封 碳纤维编织 盘根 低碳 280 150kgf/cm 高碳 600 300kgf/cm 江苏沙钢380m3高炉煤气干法除尘器及除尘工艺系统设计方案
