何俊寧

【摘要】密封結(jié)構(gòu)在高壓和真空以及液體的儲存容器等多種設(shè)備中運用比較普遍，不管是在科學(xué)研究方面還是技術(shù)實現(xiàn)方面都十分重要，當(dāng)前已經(jīng)設(shè)計出一套相對完善的技術(shù)規(guī)范。可是低溫系統(tǒng)中的密封結(jié)構(gòu)和常溫的系統(tǒng)相比較而言存在較大區(qū)別，由于所有材料會在低溫環(huán)境下發(fā)生熱脹冷縮和低溫脆性等問題。因此對低溫法蘭密封結(jié)構(gòu)的密封性能特性進行分析與研究有著深遠意義。

【關(guān)鍵詞】低溫法蘭；密封性；低溫脆性

在密封結(jié)構(gòu)的大量使用形勢下，已經(jīng)漸漸成形一套相對健全的技術(shù)規(guī)范。然而因為低溫環(huán)境下常常會發(fā)生熱脹冷縮等問題，許多結(jié)構(gòu)材料有時還會和有關(guān)低溫流體出現(xiàn)物理作用和化學(xué)反應(yīng)。面對此種情形，許多密封結(jié)構(gòu)和密封材料等有關(guān)因素在低溫環(huán)境中的適用性必須進行重新審視，同時組織具有針對性的分析研究工作，從而制定一套科學(xué)、有效的技術(shù)規(guī)范，為低溫系統(tǒng)的有關(guān)密封技術(shù)提供一定技術(shù)支持。

一、密封性能特性研究的重要性

在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展形勢下，密封技術(shù)取得了一定的進步，其中密封結(jié)構(gòu)的種類變得越來越多，而且運用的范圍更為廣泛。不管是哪種密封方式，該結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計的關(guān)鍵要求就是把泄漏率控制于規(guī)定的范圍之內(nèi)[1]。對此，針對不同的密封結(jié)構(gòu)完成準(zhǔn)確的密封性能的有關(guān)測試，進而判斷此中密封結(jié)構(gòu)的性能。在密封性能的測試平臺方面而言，一定要針對所有的泄漏率有關(guān)要求完成所有測試設(shè)備相關(guān)測試精度的設(shè)計，從而滿足被檢件的有關(guān)檢漏標(biāo)準(zhǔn)要求。

二、影響密封結(jié)構(gòu)泄露的主要因素

（一）被密封介質(zhì)物性因素

利用相同的密封連接模式，在相同的工作環(huán)境下，其中氣體的泄漏率要遠遠高于液體的泄漏率，而氧氣的泄漏率也遠遠高于氮氣的泄漏率。主要原因就是因為被密封介質(zhì)相關(guān)物性的參數(shù)不一致導(dǎo)致的。而在被密封介質(zhì)的有關(guān)物理性質(zhì)中，在粘性方面的影響比較大。而粘度主要指流體內(nèi)部的磨擦力量度，其中粘度相對較大的介質(zhì)具備的泄露阻力就比較大，自身的泄漏率就相對較小，反之泄漏率就相對較大。

（二）法蘭表面的粗糙度因素

在一樣的密封圈的預(yù)緊比壓之下，法蘭的表面粗糙度就會不一樣，而且泄漏率也不相同。一般情況下，表面粗糙度直接影響著泄漏量，如果粗糙度相對較大，泄露量就越大。經(jīng)過研磨之后的法蘭密封面形成的密封效果比較好，主要因為相對粗糙的密封表面存在的凹凸不平狀況比較容易填平，進而有效降低泄露[2]。對此，選擇軟金屬的密封圈能夠有效填平法蘭表面存在的凹凸，進而在一定程度上降低泄露。

（三）密封圈壓緊應(yīng)力因素

密封圈中壓緊應(yīng)力直接影響著變形。而密封圈的變形不僅可以解決法蘭表面存在的不平度問題，還可以有效降低泄露?？墒且坏┟芊馊壕o力相對較大，就會造成密封圈損失回彈能力，難以有效補償，而又在溫度和壓力的影響下導(dǎo)致法蘭面的分離，甚至造成泄漏率明顯增大。對此要想保持好密封性能，一定要使密封圈上的壓緊應(yīng)力始終保持在允許的范圍之內(nèi)。

三、低溫法蘭密封結(jié)構(gòu)的密封性能分析研究

（一）檢漏形式的選取

檢漏主要利運用相應(yīng)的方法，選擇檢測儀器或是其他方式對泄露物質(zhì)進行檢查。泄露檢測形式有多種，由于特點的不同，一定要依據(jù)有關(guān)檢測要求和檢漏環(huán)境等選取適宜的檢漏方式。而選取泄露檢測手段是一定要注重下述因素： 不管選取哪種檢漏方式，一定要深入了解其主要工作原理，這是建立密封性能的檢測平臺的前提。響應(yīng)時間的長短直接影響著檢漏的精度與靈敏度。通常情況下，延長檢測時間可以提升靈敏度。可是因為檢測的時間相對較長，而且在環(huán)境條件的變化下，會導(dǎo)致檢測精度的減小。響應(yīng)時間主要包含了檢測設(shè)備自身的應(yīng)答時間和準(zhǔn)備的時間等[3]。在選擇檢漏方式過程中一定要充分考慮這一點。在泄露點的判斷方面而言，部分檢漏形式僅可以判斷出系統(tǒng)是否出現(xiàn)泄漏，而有的檢漏形式能夠明確泄漏的具體位置，另外一些檢漏形式能夠明確泄漏率的大小。一定要依據(jù)檢漏的有關(guān)需求建立各種檢漏測試設(shè)備。在檢漏方式一致性方面而言，無論是檢測工作人員操作是否熟練，獲取的檢測結(jié)果大致相同，而其他檢漏方式在外行與內(nèi)行運用時，獲取的檢測結(jié)果會存在較大差異。因此，在某些情況下一定要利用獲取相同結(jié)果的檢測方式。

（二）集漏空腔增壓法密封性能測試裝置

把所有的被檢部件或是被檢位置進行密封從而組成一個相對密閉的側(cè)漏空腔。因為漏孔所漏出示漏介質(zhì)通常會積聚于側(cè)漏的空腔內(nèi)，進而造成空腔的內(nèi)壓力和溫度發(fā)生變化。經(jīng)過測量一系列變化，就能夠計算出泄漏率。測試裝置如圖1所示。

圖1 墊片密封性能測試裝置示意圖

（三）低溫下金屬密封性能測試實驗設(shè)備

通常情況下，在液氮溫度環(huán)境下對純金屬與法蘭進行密封性能的測試實驗。其中實驗裝置和儀器主要包含JK-ISO的高真空的抽氣機組和S6-3的復(fù)合真空計等。其中密封性能的測試系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 液氦密封試驗系統(tǒng)簡圖

把夾裝完好的試件放入到液氮杜瓦中，首先把管道完成抽真空，其次對真空機組進行關(guān)閉，開啟檢漏儀。如果法蘭密封試件的密封存在泄露問題，那么液氮就會流入管道，然后轉(zhuǎn)變成氮氣，從而被檢漏設(shè)備儀器檢測到[4]。該方式能夠有效檢測出泄露率。

（四）溫度測量系統(tǒng)

為了可以確保氣腔與檢漏腔所有位置能夠達到液氮的溫度，必須充分考慮在有關(guān)充氣腔中上部和底部以及檢漏腔的底部要分別設(shè)置溫度計，唯有當(dāng)三個位置的溫度計收集溫度可以實現(xiàn)液氮溫度時，一定要完成液氮溫度區(qū)域的密封性實驗。

結(jié)束語

綜上所述，在低溫系統(tǒng)中，由于受到深低溫和高真空以及高壓等相對嚴(yán)峻工作環(huán)境的嚴(yán)重影響，在很大程度上加大了裝置在設(shè)計和生產(chǎn)以及運行、維護等方面的工作難度。而在低溫系統(tǒng)中，密封結(jié)構(gòu)的密封效果是十分重要的性能指標(biāo)。而且低溫設(shè)備與絕熱結(jié)構(gòu)的關(guān)系十分密切，尤其是深低溫系統(tǒng)通常選擇真空絕熱的形式，在此種情況下，密封在維持真空度方面的作用非常重要。除此之外，許多低溫系統(tǒng)關(guān)系到低溫液體，為了可以有效避免液體泄漏，一定要選擇適宜低溫環(huán)境下的密封結(jié)構(gòu)。

參考文獻

[1]左衛(wèi)東，于溯源，劉俊杰，10MW高溫氣冷堆壓力容器主法蘭結(jié)構(gòu)的有限元接觸分析[J]，核動力工程，2011，22（3）： 226-231.

[2]劉磷，顧伯勤，李傳文，墊片外援最大應(yīng)力對螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)泄漏率影響[J]，機械設(shè)計與制造，2012， （5）： 196-198.

[3]張建可，徐玉渭，冀勇夫，崔強，康小錄，高壓低溫密封試驗研究——部分試驗結(jié)果討論及理論分析[J]，低溫工程，2010，（95）：49-52.

[4]高興軍，趙恒華，大型通用有限元分析軟件ANSYS簡介[J]，遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2011，24（3）： 94-96.