王 江(中國有色(沈陽)泵業(yè)有限公司,遼寧 沈陽 110144)
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工業(yè)應(yīng)用中纏繞墊密封的幾個誤區(qū)
王 江
(中國有色(沈陽)泵業(yè)有限公司,遼寧沈陽110144)
摘要:纏繞墊是漿體輸送設(shè)備的常用密封件,在工業(yè)實踐中,會對纏繞墊密封進行一些改進,以求達到更好的密封效果,但這些改動并不一定有好的作用,本文將分析幾個使用誤區(qū)。
關(guān)鍵詞:纏繞墊;密封;法蘭;改進
金屬纏繞墊用于法蘭密封,由纏繞鋼帶(如V形不銹鋼帶)與各種填充料(石棉、石墨、聚四氟乙烯等)交替纏繞而成,根據(jù)法蘭形式可增加內(nèi)環(huán)和定位環(huán)。
法蘭密封有各種標(biāo)準(zhǔn),同樣的,纏繞墊也有GB/T 4622、HG/T 20610 (20631)、JB/T 90等標(biāo)準(zhǔn)。但在工業(yè)應(yīng)用中,為了強化某些性能,會在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對纏繞墊進行改進。標(biāo)準(zhǔn)中各參數(shù)并非最優(yōu),是在滿足基本要求基礎(chǔ)上約定俗成,所以有改動的空間。本文將分析纏繞墊所做的改動,是否有利于密封性能。
文中的纏繞墊密封,按突面法蘭+帶內(nèi)外環(huán)纏繞墊來考慮。
纏繞墊置于法蘭對之間,通過螺栓施加預(yù)緊力,纏繞墊填充料填滿法蘭和纏繞墊之間間隙,并形成遠(yuǎn)大于工作壓強的預(yù)緊密封壓力,此時纏繞墊應(yīng)具有很大的回彈力;管道內(nèi)部充壓后,密封接觸壓力稍降低,仍遠(yuǎn)大于工作壓強;運行一段時間后,法蘭、纏繞墊、螺栓螺母等零件會有時效松弛,而此時的密封壓力必須大于工作壓強,如此達到密封效果。用于液體密封時,纏繞墊可最大工作于26MPa壓強下,更高的壓強會破壞這種結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。
一般情況下,纏繞墊設(shè)計需滿足兩方面要求:
(a)最小有效壓緊力值Y達到70MPa(只與密封墊的材料、形狀有關(guān))
(b)墊片系數(shù)m(預(yù)緊力與系統(tǒng)壓力之比,與墊片種類、尺寸、形狀、溫度、介質(zhì)壓力、粗糙度等有關(guān))≥3。
2.1 螺栓預(yù)緊力過大
理論上螺栓預(yù)緊力只要滿足密封要求即可,而工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常施加過大的預(yù)緊力,原因如下:
(1)螺栓預(yù)緊通常采用扭矩扳手,扳手本身有誤差,而且扭矩轉(zhuǎn)換成螺栓力會受材質(zhì)、螺紋規(guī)格、粗糙度、潤滑條件等影響,因此給定的安裝扭矩往往偏大,甚至按照螺栓的安全扭矩較大值安裝;
(2)傳統(tǒng)觀念認(rèn)為,壓得越緊,密封就越嚴(yán),一遇到密封問題,第一個想到的就是增加預(yù)緊力,螺栓強度不夠就用高等級螺栓;
(3)一些復(fù)雜工況,如高壓強波動、強振動沖擊等情況下,也會用增加螺栓預(yù)緊力的方法來加強密封、提高螺栓壽命。
不管出于何種目的,盲目的增加螺栓預(yù)緊力都是不可取的。暫且不論法蘭、螺栓、螺母的強度,單從纏繞墊的角度考慮,過大的預(yù)緊力會帶來以下問題:
(1)密封帶理想的壓縮率18%~30%,高強度螺栓預(yù)緊時可以壓縮到接近內(nèi)外環(huán),壓縮后的回彈率要大于15%。如果預(yù)緊力過大,超過纏繞墊設(shè)計壓縮率,將導(dǎo)致密封帶內(nèi)部應(yīng)力過大,回彈率降低甚至材料失效,降低振動工況、材料蠕變等情況下的密封性能;
(2)內(nèi)環(huán)的作用是約束纏繞墊的向內(nèi)膨脹變形,一般較窄,如果預(yù)緊力很大,密封帶內(nèi)部壓強過大,內(nèi)環(huán)受到的外壓超出承受極限,內(nèi)環(huán)會變形甚至斷裂,失去保護作用,同時纏繞帶內(nèi)側(cè)焊點崩開,纏繞墊將會失效;
(3)螺栓預(yù)緊力大到一定程度,密封帶厚度壓縮到內(nèi)外環(huán)厚度,同時法蘭盤變形,外環(huán)成為受力的支點,密封帶的間隙會增加,這些變化將直接導(dǎo)致密封泄露。
2.2 纏繞墊密封面加寬
在密封效果不好時,有人想到了加寬密封面,即纏繞帶的寬度,現(xiàn)場使用效果也很好。在標(biāo)準(zhǔn)手冊的基礎(chǔ)上加寬密封面真的有效嗎?
在保證有效壓緊力的情況下,加寬密封面會需要更大的螺栓預(yù)緊力,因此,預(yù)緊力富余的情況下,加寬密封面可以更好密封,前提是法蘭和螺栓強度足夠。
但是,如果加寬密封面后,有效壓緊力不滿足密封要求,則密封效果下降。
2.3 接觸面粗糙度要求過高
法蘭密封面的表面粗糙度,氣體密封時Ra<3.2,液體密封時Ra<12.5,標(biāo)準(zhǔn)要求Ra=3.2~6.3。纏繞墊中的填充料是柔性物質(zhì),厚度超出纏繞鋼帶,可以有效填充鋼帶與法蘭密封面之間的縫隙,因此,在液體密封中要求表面粗糙度Ra=1.6或以下沒有必要,從成本考慮,根據(jù)壓強和工況要求Ra=3.2或Ra=6.3即可。
管法蘭與纏繞墊密封有各種標(biāo)準(zhǔn)作為參照,也廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),是成熟的管道連接方式。隨著工業(yè)發(fā)展、科技進步,法蘭密封理論也在不斷探索革新,但限于各地各企業(yè)工業(yè)水平,纏繞墊密封仍有很多不完善之處,需要廣大行業(yè)工程師逐步改進。
參考文獻
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[3] HG/T 20610-2009,鋼制管法蘭用纏繞式墊片(PN系列)[S].
中圖分類號:TB42
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