垫圈

垫圈是一种机械密封，它填充两个或多个配合表面之间的空间，通常是为了防止在受压时从连接对象泄漏或泄漏到连接对象中。它是一种可变形材料，用于在机械组件的各种操作条件下产生静态密封并保持该密封。垫圈允许机器零件上的配合表面不够完美，它们可以填充不规则处。垫片通常由片材切割而成。考虑到有缺陷或泄漏的垫圈的潜在成本和安全影响，选择正确的垫圈材料以满足应用需求至关重要。用于特定应用（例如高压蒸汽系统）的垫圈可能含有石棉。然而，由于与石棉接触相关的健康危害，在实际情况下使用非石棉垫片材料。通常希望垫圈由在一定程度上具有屈服性的材料制成，使得它能够变形并紧密地填充其设计的空间，包括任何轻微的不规则性。某些类型的垫片需要将密封剂直接涂在垫片表面才能正常工作。一些（管道）垫圈完全由金属制成，并依靠座面来完成密封；利用了金属自身的弹簧特性（达到但不超过材料的屈服强度σy）。这是一些环形接头(RTJ)或一些其他金属垫片系统的典型特征。这些接头称为R-con和E-con压缩型接头。

垫片通常由平面材料制成，例如纸张、橡胶、硅胶、金属、软木、毡、氯丁橡胶、丁腈橡胶、玻璃纤维、聚四氟乙烯（也称为PTFE或Teflon）或塑料聚合物（如聚氯三氟乙烯）.在压缩纤维垫片材料的工业应用中，有效垫片更理想的特性之一是能够承受高压缩载荷。大多数工业垫片应用都涉及将压力很好地施加到14MPa(2000psi)或更高范围内的螺栓。一般来说，有几个道理可以提高垫片的性能。其中一项经过尝试和测试的方法是：施加在垫片上的压缩载荷越大，其持续时间就越长。有几种方法可以测量垫片材料承受压缩载荷的能力。热压缩测试可能是这些测试中最被接受的。大多数垫片材料制造商将提供或公布这些测试的结果。

根据工业用途、预算、化学接触和物理参数，垫片有许多不同的设计：

当一块材料从其上冲压出垫片形状时，它就是垫片。这可能导致粗制、快速和廉价的垫圈。在以前，该材料是压缩石棉，但在现代，使用的是纤维材料或无光泽石墨。这些垫片可以根据所用材料的惰性满足各种不同的化学要求。非石棉垫片板经久耐用，由多种材料制成，并且本质上很厚。材料示例是矿物橡胶、碳橡胶或合成橡胶，例如EPDM、丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶、SBR嵌件-每种橡胶都具有适用于不同应用的独特性能。使用片状垫片的应用涉及酸、腐蚀性化学品、蒸汽或温和的腐蚀剂。灵活性和良好的恢复性可防止在安装片状垫片期间发生破损。

固体材料背后的想法是使用金属，这些金属不能从板材上冲压出来，但生产起来仍然很便宜。这些垫片通常具有比片状垫片更高的质量控制水平，并且通常可以承受更高的温度和压力。关键的缺点是固体金属必须被xxx压缩才能与法兰头齐平并防止泄漏。材料选择比较困难；由于主要使用金属，因此存在工艺污染和氧化风险。另一个缺点是使用的金属必须比法兰软-以确保法兰不会翘曲，从而防止与未来的垫圈密封。即便如此，这些垫圈还是在工业中找到了一个利基市场。

螺旋缠绕垫片包括金属和填充材料的混合物。通常，垫圈具有金属（通常是富碳或不锈钢）以圆形螺旋（其他形状也是可能的）向外缠绕的，填充材料（通常是柔性石墨）以相同的方式缠绕，但从相对侧开始。这导致填充物和金属的交替层。这些垫圈中的填充材料充当密封元件，金属提供结构支撑。事实证明，这些垫圈在大多数应用中都是可靠的，并且比实心垫圈具有更低的夹紧力，尽管成本更高。

恒定密封应力垫片由两部分组成；由合适材料（例如不锈钢）制成的实心承载环，以及安装在两个相对通道内的一些可压缩材料制成的两个密封元件，在承载环的两侧各有一个通道。密封元件通常由适合工艺流体和应用的材料（膨胀石墨、膨胀聚四氟乙烯(PTFE)、蛭石等）制成。恒定阀座应力垫片的名称源于承载环轮廓考虑了法兰旋转（螺栓预紧力下的偏转）这一事实。对于所有其他常规垫圈，当法兰紧固件拧紧时，法兰在负载下径向偏转，导致在外垫圈边缘处产生xxx的垫圈压缩和xxx的垫圈应力。由于在为给定的法兰尺寸、压力等级和材料制造承载环时，用于固定座应力垫圈的承载环考虑了这种变形，因此可以调整承载环轮廓，以使垫圈座应力在径向上均匀分布整个密封区域。此外，由于密封元件完全由承载环上相对通道中的法兰面限制，因此作用在垫圈上的任何工作中的压缩力都通过承载环传递，并避免密封元件的任何进一步压缩，从而保持使用中的“恒定”垫圈座压力。因此，垫片不受包括蠕变松弛、高系统振动或系统热循环在内的常见垫片失效模式的影响。提高恒定阀座应力垫片密封性的基本概念是（i）如果法兰密封表面能够获得密封，（ii）密封元件与过程流体和应用兼容，以及（iii）足够在安装时达到影响密封所必需的垫圈座应力，然后垫圈在使用中泄漏的可能性xxx降低或完全消除。

双夹套垫片是填充材料和金属材料的另一种组合。在此应用中，末端类似于C的管子由金属制成，并带有一个额外的部件以安装在C的内部，从而使管子在交汇点处最厚。填料在外壳和零件之间被泵送。使用时，压缩垫片在接触的两个尖端处有大量金属（由于壳/片相互作用），这两个地方承担着密封过程的负担。由于只需要一个外壳和一个零件，因此这些垫圈可以由几乎任何可以制成片材的材料制成，然后可以插入填充物。

Kammprofile垫圈（有时拼写为Camprofile）用于许多较旧的密封件，因为它们具有灵活的特性和可靠的性能。Kammprofiles的工作原理是实心波纹芯和柔性覆盖层。这种布置允许非常高的压缩和沿垫圈脊的非常紧密的密封。由于通常石墨而不是金属芯会失效，因此Kammprofile可以在以后不活动时进行修复。Kammprofile对大多数应用来说具有很高的资本成本，但这会被长寿命和更高的可靠性所抵消。

鱼骨垫片是Kammprofile和Spiralwound垫片的直接替代品。它们是由类似材料制造的全数控机床，但垫圈的设计消除了固有的缺点。鱼骨垫圈不会在存储或工厂中展开。圆形边缘不会导致法兰损坏。添加的停止步骤可防止鱼骨垫圈被过度压缩/压碎，这通常是由工厂启动时的热扭矩技术引起的。垫圈的骨架保持延展性，并能适应热循环和系统压力峰值，从而形成耐用且可靠的法兰密封件，其性能明显优于所有其他此类垫圈。

法兰垫片是一种垫片，用于安装在扩口以提供更大表面积的两段管道之间。法兰垫片有多种尺寸，并按其内径和外径分类。管道法兰垫片有很多标准。法兰用垫片可分为四大类：

• 片状垫片
• 波纹金属垫片
• 环形垫片
• 缠绕垫片

片状垫片很简单，它们被切割成带螺栓孔或不带孔的标准尺寸，具有各种厚度和材料，适合管道的介质和温度压力。环形垫片也称为RTJ。它们主要用于海上石油和天然气管道，设计用于在极高压力下工作。它们是不同横截面的金属实心环，如椭圆形、圆形、八角形等。有时它们的中心有孔用于压力。螺旋缠绕垫片也用于高压管道，由不锈钢外圈和内圈制成，中心填充有螺旋缠绕的不锈钢带，与石墨和聚四氟乙烯一起缠绕，形成V形。内部压力作用在V形表面上，迫使垫圈密封法兰面。大多数缠绕垫片应用将使用两种标准垫片厚度：1/8英寸和3/16英寸。对于1/8英寸厚的垫圈，建议压缩至0.100英寸厚。对于3/16英寸，压缩到0.13英寸的厚度。

软垫片是一个术语，指的是从软（柔性）板材切割而成的垫片，即使在螺栓载荷较低的情况下也能轻松适应表面不规则性。软垫片用于热交换器、压缩机、阀盖阀和管道法兰等应用。

环形密封件(RTJSeal)是一种高完整性、高温、高压密封件，适用于石油工业、油田钻井、压力容器连接、管道、阀门等。环形填料（RTJ）的运动可以描述为由于轴向压缩载荷而在变形的密封法兰的凹槽中出现不规则流动。彩色密封（RTJ密封）的负载面积小，导致密封面与凹槽之间的表面压力大，维护性能差，不适合重复使用。

许多垫圈包含一些小的改进，以增加或推断可接受的操作条件：

• 一个常见的改进是内部压缩环。压缩环允许更高的法兰压缩，同时防止垫圈失效。压缩环的影响很小，通常仅在标准设计出现高故障率时使用。
• 一个常见的改进是外部导向环。导向环使安装更容易，并用作轻微的压缩抑制剂。在某些烷基化用途中，这些可以在双夹套垫圈上进行修改，以显示xxx个密封何时通过与烷基化涂料相结合的内衬系统失效。

压力不均可能由多种因素引起。首先是人为因素：螺栓预紧力的不对称应用，这会导致压力不均匀。理论上法兰受压时，密封面绝对平行，但实际上管道中心线不可能xxx同心，在法兰力矩上拧紧螺栓会使法兰产生不连续性。不对称连接时，密封面或多或少会变形，压力降低，运行负荷大，容易发生泄漏。第三，螺栓排列的密度对压力分布有明显影响，螺栓越靠近，压力越均匀。

拧紧法兰上的螺栓。由于振动、温度变化、缠绕垫片应力松弛等因素，螺栓张力会逐渐降低，导致扭矩损失，从而引起泄漏。一般来说，较长的螺栓和较小的螺栓直径更能防止扭矩损失。细长的螺栓是防止扭矩损失的有效方法。加热一定时间以拉伸螺栓，然后保持给定扭矩，对于防止扭矩损失非常有效。当垫片更薄更小时，扭矩损失会更大。此外，防止机器和管道本身的强烈振动，并与相邻设备的振动隔离。对密封面的影响并非毫无意义。不冲击已拧紧的螺栓可以防止扭矩损失。

做好密封处理很重要，否则会导致泄漏。太光滑的表面会使垫片材料在压力下爆裂。未加工平整的表面会提供泄漏路径。一个好的经验法则是加工表面达到32RMS。这确保了表面是平坦的，但具有足够的表面光洁度以在压缩下咬入垫圈。

使用金属芯涂层垫圈，芯的两侧都覆盖有柔性、可延展的密封剂。压力等级高达300的增强金属密封件。坚固的金属芯可防止压力密封，软芯可确保出色的密封性。