许昌鼎铭密封科技有限公司
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垫片密封设计方法
    

两种设计方法:
①“规范”方法:“具有环形垫片的螺栓法兰连接计算规则” 。
关键:紧密的螺栓法兰垫片接头必须在安装时将垫片预紧到一定的载荷;操作时,垫片上必须保持足够的最低载荷。
特点:操作和预紧载荷均基于“规范”推荐的m和y系数。
对每种类型和材料的垫片有一个或一组m和y系数,与密封介质性质、压力、温度等无关。
按照m和y代表的概念,“规范”只考虑接头或是“不漏”或是“漏”。即只考虑所设计的螺栓垫片法兰接头在结构上能否保证安全,能否保证接头达到紧密不漏。
实际上m、y是非规定性的,只是用来确定垫片安装和操作状态下需要的建议值。

“具有环形垫片的螺栓法兰连接计算规则” 。
垫片在安装时螺栓预紧载荷:

操作压力下保持紧密连接所需要的螺栓载荷:

式中:y—最小预紧垫片应力;
m—最低操作垫片应力是介质压力的m倍,以增加螺栓载荷,不致出现由于流体静压在容器端部引起的载荷将密封面分离而导致泄漏。

“具有环形垫片的螺栓法兰连接计算规则” 。
需要的螺栓大小和数量也就取决于 和 中之较大值 。
事实上:不少容器法兰按照“规范”计算不能保证紧密的密封;此外,不断出现的新的结构或材料的垫片需要补充新的系数,促使美国ASME锅炉和压力容器委员会要求压力容器研究委员会(PVRC)重新评价这些垫片系数。
显然,一个仅靠m、y定性表示的“零泄漏”的“紧密”连接,已变成一个过时的概念。

②基于泄漏率的法兰垫片密封设计新方法 
1974年,PVRC通过试验研究发现:影响垫片性能有许多复杂的因素,包括允许泄漏率、密封介质、内压、装配垫片应力、垫片尺寸和密封表面粗糙度等。
“规范”方法只要求简单地提供“改进”的m和y系数这一过于简化的想法是不现实的。
试验研究发现:垫片的密封性能和垫片应力之间的关系可以定量表示为某些与垫片有关的参数的函数关系,这些参数在确定螺栓载荷中起着重要作用。
这些重要参数已可代替“规范”中的m和y系数。
按照设计压力下最大的允许泄漏率直接用在设计中。新的设计方法提供一种定量的紧密性程度。
ASME的一个特别工作小组(SWG)与PVRC共同拟订了新的垫片常数,同时对传统的ASME附录2的螺栓法兰设计规则作相应的改变。新规则作为规范的一个新的螺栓法兰连接设计的非规定性附录。
此外,一个ASTM的课题组也正在以PVRC垫片密封性试验为基础,起草ASTM标准试验方法,将使得生产厂对其新的或改进的垫片提供新的垫片常数。这些工作对垫片生产厂、螺栓法兰连接设计人员以及用户都十分重要。

PVRC 紧密度水平

   紧密度等级         质量泄漏率          应用场合
 Tightness Level   Mass leakage rate     Applications
                   (mg/s/mm .dia.)
    T1(经济)      ≤2×10-1          公用(水、空气)工程
    T2(标准)      ≤2×10-3           一般要求
    T3(紧密)      ≤2×10-5          易燃、中、高度毒性介质
    T4(严密)      ≤2×10-7          极度毒性介质、高真空
    T5(极密)      ≤2×10-9          核装置
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