工业应用中缠绕垫密封的几个误区

2016-04-11中国有色沈阳泵业有限公司辽宁沈阳110144

中国新技术新产品 2016年1期

关键词：改进法兰密封

王江（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁　沈阳　110144）

工业应用中缠绕垫密封的几个误区

王江
（中国有色（沈阳）泵业有限公司，辽宁沈阳110144）

摘要：缠绕垫是浆体输送设备的常用密封件，在工业实践中，会对缠绕垫密封进行一些改进，以求达到更好的密封效果，但这些改动并不一定有好的作用，本文将分析几个使用误区。

关键词：缠绕垫；密封；法兰；改进

金属缠绕垫用于法兰密封，由缠绕钢带（如V形不锈钢带）与各种填充料（石棉、石墨、聚四氟乙烯等）交替缠绕而成，根据法兰形式可增加内环和定位环。

法兰密封有各种标准，同样的，缠绕垫也有GB/T 4622、HG/T 20610 （20631）、JB/T 90等标准。但在工业应用中，为了强化某些性能，会在标准基础上对缠绕垫进行改进。标准中各参数并非最优，是在满足基本要求基础上约定俗成，所以有改动的空间。本文将分析缠绕垫所做的改动，是否有利于密封性能。

文中的缠绕垫密封，按突面法兰＋带内外环缠绕垫来考虑。

1 缠绕垫密封原理

缠绕垫置于法兰对之间，通过螺栓施加预紧力，缠绕垫填充料填满法兰和缠绕垫之间间隙，并形成远大于工作压强的预紧密封压力，此时缠绕垫应具有很大的回弹力；管道内部充压后，密封接触压力稍降低，仍远大于工作压强；运行一段时间后，法兰、缠绕垫、螺栓螺母等零件会有时效松弛，而此时的密封压力必须大于工作压强，如此达到密封效果。用于液体密封时，缠绕垫可最大工作于26MPa压强下，更高的压强会破坏这种结构和材质。

一般情况下，缠绕垫设计需满足两方面要求：

（a）最小有效压紧力值Y达到70MPa（只与密封垫的材料、形状有关）

（b）垫片系数m（预紧力与系统压力之比，与垫片种类、尺寸、形状、温度、介质压力、粗糙度等有关）≥3。

2 缠绕垫密封的几个误区

2.1 螺栓预紧力过大

理论上螺栓预紧力只要满足密封要求即可，而工业应用中经常施加过大的预紧力，原因如下：

（1）螺栓预紧通常采用扭矩扳手，扳手本身有误差，而且扭矩转换成螺栓力会受材质、螺纹规格、粗糙度、润滑条件等影响，因此给定的安装扭矩往往偏大，甚至按照螺栓的安全扭矩较大值安装；

（2）传统观念认为，压得越紧，密封就越严，一遇到密封问题，第一个想到的就是增加预紧力，螺栓强度不够就用高等级螺栓；

（3）一些复杂工况，如高压强波动、强振动冲击等情况下，也会用增加螺栓预紧力的方法来加强密封、提高螺栓寿命。

不管出于何种目的，盲目的增加螺栓预紧力都是不可取的。暂且不论法兰、螺栓、螺母的强度，单从缠绕垫的角度考虑，过大的预紧力会带来以下问题：

（1）密封带理想的压缩率18%～30%，高强度螺栓预紧时可以压缩到接近内外环，压缩后的回弹率要大于15%。如果预紧力过大，超过缠绕垫设计压缩率，将导致密封带内部应力过大，回弹率降低甚至材料失效，降低振动工况、材料蠕变等情况下的密封性能；

（2）内环的作用是约束缠绕垫的向内膨胀变形，一般较窄，如果预紧力很大，密封带内部压强过大，内环受到的外压超出承受极限，内环会变形甚至断裂，失去保护作用，同时缠绕带内侧焊点崩开，缠绕垫将会失效；

（3）螺栓预紧力大到一定程度，密封带厚度压缩到内外环厚度，同时法兰盘变形，外环成为受力的支点，密封带的间隙会增加，这些变化将直接导致密封泄露。

2.2 缠绕垫密封面加宽

在密封效果不好时，有人想到了加宽密封面，即缠绕带的宽度，现场使用效果也很好。在标准手册的基础上加宽密封面真的有效吗？

在保证有效压紧力的情况下，加宽密封面会需要更大的螺栓预紧力，因此，预紧力富余的情况下，加宽密封面可以更好密封，前提是法兰和螺栓强度足够。

但是，如果加宽密封面后，有效压紧力不满足密封要求，则密封效果下降。

2.3 接触面粗糙度要求过高

法兰密封面的表面粗糙度，气体密封时Ra<3.2，液体密封时Ra<12.5，标准要求Ra＝3.2～6.3。缠绕垫中的填充料是柔性物质，厚度超出缠绕钢带，可以有效填充钢带与法兰密封面之间的缝隙，因此，在液体密封中要求表面粗糙度Ra＝1.6或以下没有必要，从成本考虑，根据压强和工况要求Ra＝3.2或Ra＝6.3即可。