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哈尔滨换热设备的密封知识

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哈尔滨换热设备的密封知识

发布日期:2018-09-17 作者:哈尔滨智邦自动化控制系统装置制造有限公司 点击:


  哈尔滨换热设备介质间的可拆卸隔离和主体无泄漏是由密封构件—法兰密封实现的。法兰密封由法兰—被连接件、垫圈—密封元件、螺栓、螺母—连接件组成,完全依靠连接件通过被连接件、强制挤压密封元件实现密封,属强制密封范畴。


  换热设备,依据换热站的不同,分为水-水和汽-水设备两种,以水-水换热设备为主。这也是国家目前力推的节能换热设备。


  系列化整体设计,成套完整,布局合理,安全可靠,易于安装;控制系统专业化,智能化、可视化,操作简单,控制可靠,动作准确。附带的网络接口,协议开放,可方便与上位机进行通信,便于集中联网监控。


密封原理


  防止流体泄漏的基本原理是在连接口增加流体流动的阻力。


  当压力介质通过密封口射阻力降大于密封口两侧的介质压力差时,介质就被密封了。这种阻力的增加是依靠增大密封面上的密封比压来实现的。


  一般来说,流体在密封口泄漏有两种途径:


  一是垫圈渗漏;二是压紧面泄漏。前者是由垫圈的材质和型式所决定。对于用渗透性材质(如石棉等)制作的垫圈,由于它本身存在大量的毛细管,渗漏是难免的。当在垫圈材料中添加某些填充剂(如橡胶),或与不透性材料组合成型时,这种渗透即可避免。后者,压紧面泄漏是密封失效的主要形式。与压紧面的结构有关,但主要由密封组合件各部分的性能和他们之间的变形关系所决定。

哈尔滨换热设备

  法兰平垫密封是强制密封的典型。

  将法兰与垫圈接触面处的微观尺寸放大,可以看到二者的表面都是凹凸不平的(a)。把法兰螺栓的螺母拧紧,螺栓力通过法兰压紧面作用到垫圈上,当垫圈单位面积上所受的压紧力达到某一值时,垫圈本身被压实,压紧面上由机械加工形成的微隙被填满(图b),为阻止介质泄漏形成了初始密封条件。形成初始密封条件时,在垫圈单位面积上受到的压紧力,称为预紧密封比压(y)。当通入压力介质后(图c),螺栓被拉伸,法兰压紧面沿着彼此分离的方向移动,垫片的压缩量减少,预紧密封比压下降。如果垫圈具有足够的回弹能力,使压缩变形的回复能补偿螺栓和压紧面的变形,而使预紧比压值只下降到不小于某一值时(这个比压值称为工作比压),则法兰压紧面之间能够保待良好的密封状态。反之,如垫圈的回弹能力不足,预紧力比压下降到工作比压以下,甚至密封口重新出现缝隙,则此密封即失效。因此,为了实现连接口的密封,必须使密封元件各部分的变形与操作条件下的密封条件相适应,使密封元件在操作压力作用下,仍能保持一定的残余压紧力。


强制密封中的垫圈变形示意图


影响密封的因素

  影响密封的因素是多方面的,下面小七就对几个主要的因素做一下介绍。


a.螺栓预紧力

  螺栓预紧力是影响密封的一个重要因素。预紧力必须是垫圈压紧并实现初始密封条件;同时,预紧力也不能大到将垫圈压坏或挤出。提高螺栓预紧力,可以增加垫圈的密封能力。这不仅因为加大预紧力可使渗透性垫圈材料的毛细管缩小,而且,在操作时可使垫圈中残留较大的工作密封比压。由于预紧力是通过法兰压紧面传递给垫圈的,要达到良好的密封,预紧力必须均匀地作用于垫圈。因此,在密封所需的预紧力一定时,采取减少螺栓直径,增加螺栓个数的措施,对密封是有利的。


b.垫圈性能

  垫圈是构成密封的重要元件。适宜的垫圈变形和回弹能力是形成密封的必要条件。垫圈的变形包括弹性的和塑性的,仅弹性变形具有回弹能力。垫圈回弹能力是表示在施加介质压力时,垫圈能否适应法兰面的分离,可用来衡量密封性能好坏。回弹能力大者,可能适应操作压力和温度的波动,密封性能好。垫圈的变形和回弹与垫圈的材料和结构有关。这种关系由于常用的垫圈是非线弹性的,因而是初始预紧力、压紧面所提供的表面约束和操作温度下经历的时间等的函数。故讨论垫圈的密封性能理论上就变得很复杂。目前,在设计上只是根据实验确定垫圈的两种基本性能参数—预紧密封比压(y)和垫圈系数(m)(即工作密封比压和介质压力的比值)—使问题得以简化。


c.压紧面的作用

  压紧面又称密封面,直接与垫圈接触,是传递螺栓力使垫圈变形的表面约束。为了达到预期的密封效果,压紧面的形状和表面粗糙度应与垫圈相配合。一般与硬金属垫圈配合使用的压紧面,尺寸精度要求高,粗糙度Ra为0.8-1.6,而与软质垫配合使用时,可相对降低要求。粗糙度Ra在6.3-12.5即可。但压紧面决不允许有径向刀痕或划痕。实践证明,压紧面的平直度和压紧面与法兰中心轴线垂直同心,是保证垫圈均匀压紧的前提;减少压紧面与垫圈的接触面积,可以有效地降低预紧力,但若减得过小,则易压坏垫圈。显然,压紧面的型式、尺寸和表面质量与垫圈配合不当,则将导致联接点密封失效


d.法兰刚度

  在实际生产中,由于法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形,往往是导致密封失效的原因。刚性大的法兰变形小,并可使分散分布的螺栓力均匀地传递给垫圈,故可提高密封性能。法兰的刚度与很多因素有关,其中增加法兰盘的厚度、减小螺栓力作用的力臂(即缩小螺栓中心圆),都能提高法兰抗弯刚度,但是提高法兰刚度,将使法兰笨重,整个法兰连接的造价提高。


e.操作条件的影响

  操作条件即压力、温度及介质的物理化学性质。单纯的压力或介质因素对泄漏的影响并不是主要的,只有和温度联合作用时,问题才显得严重。温度对密封性能的影响是多方面的。高温介质粘度小、渗透性大,易促成渗漏;介质在高温下对垫圈和法兰的溶解与腐蚀作用加剧,增加了产生泄漏的因素。在高温下,法兰、螺栓、垫圈可能发生蠕变和应力松弛,致使压紧面松弛,密封比压下降。一些非金属垫圈,在高温下还会加速老化或变质,甚至被烧毁。此外,在温度作用下,由于密封组合各部分的温度不同,发生热膨胀不均匀,增加了泄漏的可能。如果当温度和压力联合作用时,又有反复的激烈变化,则密封会发生“疲劳”,使密封完全失效。


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