密封装置设计.ppt

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4.3常规设计常规设计4.3.4密封装置设计密封装置设计第第四四章章压力容器设计压力容器设计CHAPTERDesignofPressureVessels1本节主要内容本节主要内容密封机理及分类密封机理及分类影响密封性能的主要参数影响密封性能的主要参数螺栓法兰连接设计螺栓法兰连接设计4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计2过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计3过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计4可拆可拆密封装置密封装置螺纹连接螺纹连接承插式连接承插式连接螺栓法兰连接螺栓法兰连接螺栓螺栓垫片垫片法兰法兰密封系统密封系统本节本节主要内容主要内容密封机理及分类密封机理及分类影响密封性能的主要因素影响密封性能的主要因素螺栓法兰连接设计螺栓法兰连接设计5过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计6过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计7过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计螺栓法兰螺栓法兰连接的连接的基本要素基本要素被连接件被连接件法兰法兰连接件连接件螺栓螺栓密封件密封件垫片垫片法兰连接法兰连接的基本要求的基本要求密封可靠密封可靠结构简单结构简单装拆方便装拆方便8螺栓法兰连螺栓法兰连接结构设计接结构设计的主要问题的主要问题密封设计：

密封设计：

就是根据操作条件的要求就是根据操作条件的要求（如：

压力、温度、介质等）选取（如：

压力、温度、介质等）选取法兰的类型和压紧面的形式，选取法兰的类型和压紧面的形式，选取合适的垫片确定螺栓载荷并进行螺合适的垫片确定螺栓载荷并进行螺栓设计。

栓设计。

法兰的强度设计：

法兰的强度设计：

确定法兰尺寸，以确定法兰尺寸，以保证法兰有足够的强度和刚度。

保证法兰有足够的强度和刚度。

即即：

根据计算得到的螺栓载荷，对法：

根据计算得到的螺栓载荷，对法兰进行上述两种工况的受力分析和兰进行上述两种工况的受力分析和应变校核，以确定法兰的厚度。

应变校核，以确定法兰的厚度。

9过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计原理：

原理：

性能：

性能：

图图4-22螺栓法兰连接结构螺栓法兰连接结构1-螺栓；螺栓；2-垫片；垫片；3-法兰法兰依靠螺栓预紧力把依靠螺栓预紧力把两部分设备或管道两部分设备或管道法兰环连在一起，法兰环连在一起，同时压紧垫片，使同时压紧垫片，使连接处达到密封。

连接处达到密封。

较好的强度和密封较好的强度和密封性，结构简单，成性，结构简单，成本低廉，可多次重本低廉，可多次重复拆卸，应用较广。

复拆卸，应用较广。

10过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计11过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4密封装置设计密封装置设计124.3.4.1密封机理及分类密封机理及分类密封机理密封机理4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计法兰的压紧面经加工后总会存在凹凸不平的间法兰的压紧面经加工后总会存在凹凸不平的间隙，当上紧法兰螺栓时，螺栓力通过法兰压紧隙，当上紧法兰螺栓时，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片上。

当垫片单位面积上所受的压面作用到垫片上。

当垫片单位面积上所受的压紧力达到一定值时，使垫片产生弹塑性变形，紧力达到一定值时，使垫片产生弹塑性变形，填满法兰面的不平间隙，从而使介质通过密封填满法兰面的不平间隙，从而使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的介质压差，即达到面的阻力大于密封面两侧的介质压差，即达到密封的目的。

密封的目的。

其密封过程如图，可分为如下三步：

其密封过程如图，可分为如下三步：

13螺栓法兰连接的整个工作过螺栓法兰连接的整个工作过程：

程：

（a）尚未预紧工况尚未预紧工况（b）预紧工况预紧工况（c）操作工况操作工况（a）尚未预紧工况）尚未预紧工况将上、下法兰压紧面和将上、下法兰压紧面和垫片的接触处的微观尺寸放垫片的接触处的微观尺寸放大，表面是凹凸不平的，这大，表面是凹凸不平的，这就是流体泄漏的通道。

就是流体泄漏的通道。

（a）尚未预紧工况尚未预紧工况4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计图图4-23密封机理图密封机理图4.3.4.14.3.4.1密封机理及分类密封机理及分类14（bb）预紧工况（无内压）预紧工况（无内压）拧紧螺栓，螺栓力通拧紧螺栓，螺栓力通过法兰压紧面作用到垫片过法兰压紧面作用到垫片上。

垫片产生弹性或屈服上。

垫片产生弹性或屈服变形，填满凹凸不平处，变形，填满凹凸不平处，堵塞泄漏通道，形成初始堵塞泄漏通道，形成初始密封条件。

密封条件。

4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计（b）预紧工况预紧工况图图4-23密封机理图密封机理图154.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计（cc）操作工况（有内压）操作工况（有内压）A:

A:

内压引起的轴向力内压引起的轴向力，使，使上下法兰压紧面分离，垫上下法兰压紧面分离，垫片压缩量减少，密封比压片压缩量减少，密封比压（即，压紧面上的压紧应（即，压紧面上的压紧应力）下降力）下降B:

B:

垫片弹性压缩变形部分垫片弹性压缩变形部分产生回弹产生回弹，补偿因螺栓伸，补偿因螺栓伸长所引起的压紧面分离，长所引起的压紧面分离，使压紧面上的密封比压力使压紧面上的密封比压力仍能维持仍能维持一定值一定值以保持密以保持密封性能。

封性能。

164.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计通过垫片材料本体毛细管通过垫片材料本体毛细管的渗透泄漏，除了受介质的渗透泄漏，除了受介质压力、温度、粘度、分子压力、温度、粘度、分子结构等流体状态性质影响结构等流体状态性质影响外，主要与垫片的结构与外，主要与垫片的结构与材料性质有关，可通过对材料性质有关，可通过对渗透性垫片材料添加某些渗透性垫片材料添加某些填充剂进行改良，或与不填充剂进行改良，或与不透性材料组合成型来避免透性材料组合成型来避免“渗透泄漏渗透泄漏”；沿着垫片与压紧面之间的沿着垫片与压紧面之间的泄漏，泄漏量大小主要与泄漏，泄漏量大小主要与界面间隙尺寸有关。

压紧界面间隙尺寸有关。

压紧面就是指上、下法兰与垫面就是指上、下法兰与垫片的接触面。

加工时压紧片的接触面。

加工时压紧面上凹凸不平的间隙及压面上凹凸不平的间隙及压紧力不足是造成紧力不足是造成“界面泄界面泄漏漏”的直接原因。

的直接原因。

“界面界面泄漏泄漏”是密封失效的主要是密封失效的主要途径。

途径。

介质泄漏的形式介质泄漏的形式垫片渗漏垫片渗漏压紧面泄漏压紧面泄漏17界面泄漏界面泄漏渗透泄漏渗透泄漏4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计4.3.4.1密封机理及分类密封机理及分类18防止流体泄漏的基本方法防止流体泄漏的基本方法当介质通过密封口的阻力大于当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封。

而介质通过密介质就被密封。

而介质通过密封口的阻力是借施加于压紧面封口的阻力是借施加于压紧面上的上的比压力比压力比压力比压力来实现的，作用来实现的，作用在压紧面上的密封比压力越大，在压紧面上的密封比压力越大，则介质通过密封口的阻力越大，则介质通过密封口的阻力越大，越有利于密封。

越有利于密封。

在密封口增加流在密封口增加流体流动的阻力体流动的阻力泄漏时介质通过密封口的泄漏时介质通过密封口的动力动力：

密封口内外介质密封口内外介质压力差压力差泄漏时介质通过密封口的泄漏时介质通过密封口的阻力阻力：

压紧面上的压紧面上的比压力比压力比压力比压力19密封分类密封分类11、按获得密封比压力、按获得密封比压力方法的不同方法的不同22、按被密封介质的压、按被密封介质的压力大小力大小分分类类中低压密封中低压密封高压密封高压密封强制密封强制密封自紧密封自紧密封半自紧式半自紧式密封密封4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计2011、按获得密封比压力方法的不同、按获得密封比压力方法的不同aa、强制密封强制密封完全依靠连接件（螺栓）的作用力强行挤完全依靠连接件（螺栓）的作用力强行挤压密封元件达到密封。

压密封元件达到密封。

特点特点预紧力大，约为工作压力产生的轴向力预紧力大，约为工作压力产生的轴向力的的1.11.11.61.6倍。

倍。

4.3.4密封装置设计密封装置设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计过程设备设计21bb、自紧式密封、自紧式密封主要依靠容器内部的介质压力压紧密封元件主要依靠容器内部的介质压力压紧密封元件（垫片）实现密封。

（垫片）实现密封。

特点：

特点：

预紧力小，介质压力越高，密封越可靠，预紧力小，介质压力越高，密封越可靠，约为工作压力产生的轴向力的约为工作压力产生的轴向力的20%20%以下。

以下。

轴向自紧式密封轴向自紧式密封径向自紧式密封径向自紧式密封半自紧式密封半自紧式密封密封元件的轴向刚度小于密封元件的轴向刚度小于被连接件的轴向刚度。

被连接件的轴向刚度。

密封元件的轴向刚度小于密封元件的轴向刚度小于被连接件的轴向刚度。

被连接件的轴向刚度。

属于非自紧式的强制式密封，属于非自紧式的强制式密封，但又具有一定的自紧性能，但又具有一定的自紧性能，如双锥密封。

如双锥密封。

2222、按被密封介质的压力大小、按被密封介质的压力大小中、低压密封：

螺栓法兰结构，强制式密封。

中、低压密封：

螺栓法兰结构，强制式密封。

高压密封：

自紧式密封、半自紧式密封。

高压密封：

自紧式密封、半自紧式密封。

234.3.4.2影响密封性能的主要因素影响密封性能的主要因素主要影响因素主要影响因素一、螺栓预紧力一、螺栓预紧力二、垫片性能二、垫片性能三、压紧面的质量三、压紧面的质量四、法兰刚度四、法兰刚度五、操作条件五、操作条件244.4.预紧力应均匀地作用到垫片上，可采取减预紧力应均匀地作用到垫片上，可采取减小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高小螺栓直径、增加螺栓个数等措施来提高密封性能。

密封性能。

2.2.适当提高预紧力可增加垫片的密封能力适当提高预紧力可增加垫片的密封能力,即即在正常工况下保留较大的接触面比压力。

在正常工况下保留较大的接触面比压力。

1.1.预紧力使垫片压紧实现初始密封。

预紧力使垫片压紧实现初始密封。

3.3.预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧预紧力不宜太大，否则使垫片整体屈服丧失回弹能力，甚至将垫片挤出或压坏。

失回弹能力，甚至将垫片挤出或压坏。

一、螺栓预紧力（连接件）一、螺栓预紧力（连接件）25二、垫片性能（密封件）二、垫片性能（密封件）（11）垫片要有适宜变形能力和回弹能力垫片要有适宜变形能力和回弹能力是形成是形成密封的必要条件。

变形能力大的密封垫易密封的必要条件。

变形能力大的密封垫易填满压紧面上的间隙，并使预紧力不致太填满压紧面上的间隙，并使预紧力不致太大；回弹能力大的垫片，能适应操作压力大；回弹能力大的垫片，能适应操作压力和温度的波动。

和温度的波动。

（22）垫片应具有能适应介质的温度、压力和腐）垫片应具有能适应介质的温度、压力和腐蚀等的性能。

蚀等的性能。

（3）垫片比压力）垫片比压力y和垫片系数和垫片系数m：

与垫片材料、：

与垫片材料、结构与厚度关，结构与厚度关，还与介质性质、还与介质性质、压力、温压力、温度、压紧面粗糙度等因素有关，度、压紧面粗糙度等因素有关，而且而且m和和y之间也存在内在联系。

之间也存在内在联系。

26三、压紧面的质量（法兰）三、压紧面的质量（法兰）压紧面又称密封面，其形状和粗糙度应压紧面又称密封面，其形状和粗糙度应与