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压力容器密封设计之影响性能的主要因素

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影响密封性能的因素与密封结构有关。现以螺栓法兰连接结构为例加以说明。' \- @6 A! u! h" |& A( O- U© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]5 N/ U- [9 L; ]. n  T3 O(1)螺栓预紧力+ K: l) |" U4 y( C© 2tech.cn
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螺栓预紧力是影响密封的一个重要因素。预紧力必须使垫片压紧以实现初始密封。适当提高螺栓预紧力可以增加垫片的密封能力,因为加大预紧力可使垫片在正常工况下保留较大的接触面比压力。2 a  k. R% U6 N0 V' `+ Q© 2tech.cn
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但预紧力不宜过大,否则会使垫片整体屈服而丧失回弹能力,甚至将垫片挤出或压坏。另外预紧力应尽可能均匀地作用到垫片上。通常采取减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能。
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© 环保之家[2tech.cn]4 G4 q8 n6 ]8 h5 ]0 M5 z' }/ M- x3 E(2)垫片性能
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© 环保之家[2tech.cn]/ B8 k$ ~: g& k1 A. r' Z垫片是密封结构中的重要元件,其变形能力和回弹能力是形成密封的必要条件。变形能力大的密封垫易填满压紧面上的间隙,并使预紧力不致太大;回弹能力大的密封垫,能适应操作压力和温度的波动。又因为垫片是与介质直接接触的,所以还应具有能适应介质的温度、压力和腐蚀等性能。
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© 环保之家[2tech.cn]# c8 |& t$ D' p  Y& z  E6 P9 O" q5 J& C$ `几种常用垫片材料的比压力y 和垫片系数m 见表4-9。这些数据是1943年Rossheim 和Markl推荐而沿用至今,大多为经验数据,仅考虑了m 、y 值与垫片材料、结构与厚度的关系。6 n/ `  q* G0 }2 M: P- J+ R© 2tech.cn
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但生产实践和广泛的研究表明,m 和y 值还与介质性质、压力、温度、压紧面粗糙度等因素有关,而且m 和y 之间也存在内在联系。
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© 环保之家[2tech.cn]- [6 A( _) }8 F3 \3 P注:本表所列各种垫片的m 、y 值及适用的压紧面形状,均属推荐性资料。采用本表推荐的垫片参数(m 、y)并按本章规定设计的法兰,在一般使用条件下,通常能得到比较满意的使用效果。但在使用条件特别苛刻的场合,如在诸如氰化物介质中使用的垫片,其参数m 、y,应根据成熟的使用经验谨慎确定。1 J3 k( m6 P' M3 z- l( N  y© 2tech.cn
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(3)压紧面的质量
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© 环保之家[2tech.cn]5 G3 \% U# h4 H9 Z& @压紧面又称密封面,它直接与垫片接触。压紧面的形状和粗糙度应与垫片相匹配,一般来说,使用金属垫片时其压紧面的质量要求比使用非金属垫片时高。压紧面表面不允许有刀痕和划痕;同时为了均匀地压紧垫片,应保证压紧面的平面度和压紧面与法兰中心轴线的垂直度。6 j+ m. n" J. O4 r© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]- i, P! R# k$ P) M5 g4 E(4)法兰刚度5 {8 B$ S% M7 u# y2 `& U© 2tech.cn
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因法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形(如图4-24所示),往往是实际生产中造成螺栓法兰连接密封失效的主要原因之一。刚度大的法兰变形小,可将螺栓预紧力均匀地传递给垫片,从而提高法兰的密封性能。
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法兰刚度与很多因素有关,其中适当增加法兰环的厚度、缩小螺栓中心圆直径和增大法兰环外径,都能提高法兰刚度,采用带颈法兰或增大锥颈部分尺寸,可显著提高法兰的抗弯能力。但无原则地提高法兰刚度,将使法兰变得笨重,造价提高。
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© 环保之家[2tech.cn]1 K! H- l# _+ x% m8 ?(5)操作条件$ q" h3 _! ]4 y8 t  i' T© 2tech.cn

© 环保之家[2tech.cn]1 A; i0 g3 o7 g3 c6 n  ^2 f主要是指压力、温度及介质的物理化学性质对密封性能的影响。操作条件对密封的影响很复杂,单纯的压力及介质对密封的影响并不显著,但在温度的联合作用下,尤其是波动的高温下,会严重影响密封性能,甚至使密封因疲劳而完全失效。因为在高温下,介质的黏度小,渗透性大,易泄漏;介质对垫片和法兰的腐蚀作用加剧,增加了泄漏的可能性;法兰、螺栓和垫片均会产生较大的高温蠕变与应力松弛,使密封失效;某些非金属垫片还会加速老化、变质,甚至烧毁。
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总之,影响螺栓法兰连接密封性能的因素很多,在密封设计时,应根据具体工况综合考虑。, j% j( }# a7 u) I+ i) U) r* o2 A© 2tech.cn
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