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）

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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(shí)踐中，會對纏繞墊密封進(jìn)行一些改進(jìn)，以求達(dá)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(jìn)

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(qiáng)化某些性能，會在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上對纏繞墊進(jìn)行改進(jìn)。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。

1 纏繞墊密封原理

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(qiáng)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(qiáng)；運(yùn)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(qiáng)，如此達(dá)到密封效果。用于液體密封時，纏繞墊可最大工作于26MPa壓強(qiáng)下，更高的壓強(qiáng)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(dá)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 纏繞墊密封的幾個誤區(qū)

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(qiáng)度不夠就用高等級螺栓；

（3）一些復(fù)雜工況，如高壓強(qiáng)波動、強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(hù)作用，同時纏繞帶內(nèi)側(cè)焊點(diǎn)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(diǎn)，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(qiáng)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(qiáng)和工況要求Ra＝3.2或Ra＝6.3即可。

結(jié)語

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(jìn)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(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐灝編.密封[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：21-50.

[2] GB/T 4662-2008，纏繞式墊片[S].

[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

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A