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金属缠绕垫片已广泛应用于石油、化工、冶金、发电、核能和航空航天等领域,是目前使用率高的垫片,它是由一定几何截面的成型金属带和非金属填充材料交替而成的一种复合垫片,其特点是金属与非金属之间相互配合,具有一定的强度、刚度、多道密封和自紧作用,对于法兰面的缺陷不太敏感,有利于吸收压力、温度变化和机械振动的影响,是法兰连接系统中的重要密封元件。目前,国内已有几百家缠绕垫片生产厂,由于生产设备、生产工艺及生产技术等多方面不尽相同,致使缠绕垫片性能千差万别。1996年,原化工部静密封检测中心受原化工部委托进行垫片普查,对近百家生产的缠绕垫片进行抽样检查,结果没有一家产品在性能及外观质量上均达到国标要求。合理的结构设计并选取工艺参数,对获得高质量、高性能的缠绕垫片有着重要的作用。
我们曾对金属缠绕垫片的密封性能进行了研究,该文将研究其压缩-回弹性能。垫片基本结构和金属钢带结构设计等方面。
1 试验方案
针对尺寸不同的3种V型钢带,选择缠绕时的钢带拉紧力和压紧力作为制造工艺参数。为了寻求压缩-回弹性能的参数,以GB 4622.3-93中的性能指标和技术要求为依据,经大量试验后,确定出带内外环的DN80,PN5.0金属石墨缠绕垫片的拉紧力为12~18 N,缠绕压紧力(直径为40 mm的活塞力)为0.2~0.3 MPa,由此确定3水平3因子优化试验方案。A 钢带角度/(°) A1-111.60 A2-95.85 A3-80.90
B 钢带拉紧力/N B1-12.0 B2-15.0 B3-18.0
C 缠绕压紧力/MPa C1-0.20 C2-0.25 C3-0.30
2 性能试验
2.1 试验条件
试验垫片为DN80,PN5.0内外环不锈钢柔性石墨缠绕垫片、特制缠绕垫片及聚四氟乙烯(PTFE)缠绕垫片。优化试验垫片采用柔性石墨缠绕垫片。试验温度为常温,预紧应力70 MPa,介质压力5.50 MPa,试验装置为利用状态方程法测试垫片性能的全自动垫片综合性能试验台。试验法兰为刚性法兰。垫片符合GB 4622.3-93规定。
2.2 优化试验
采用9组优化试验,试验获得压缩-回弹性能参数组合为A1B2C3(所谓即压缩率满足18%~30%,回弹率大),其压缩率在20%左右,回弹率接近30%(国标要求大于17%为合格),泄漏率达到国标,即泄漏率小于10-5 cm3/s。A2B2C3组合下泄漏率低,且回弹率略高于A1B2C3组合,但压缩率仅在15%左右。A3结构下的垫片在相应条件下均有较大的屈服,性能一般。另外,经过数理统计分析,参数A、C对压缩-回弹性能和密封性能均有显著影响。




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