摘要:通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 對(duì)內(nèi)外環(huán) V 形金屬石墨 纏繞墊片的壓縮回彈和密封性能進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)研究, 找出性能最佳的結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)。 并通過(guò)改變參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn), 找出參數(shù)對(duì)其性能影響的規(guī)律性。 結(jié)果表明:鋼帶的角度、 徑向壓緊力、 切向拉緊力對(duì)纏繞墊片的性能有直接的影響, 且前兩者對(duì)墊片性能有顯著的影響;在其它條件一定時(shí), 隨著徑向壓緊力的增大, 回彈率增大, 泄漏率降低, 壓縮率降低;角度為 95.9°和 80.9°的墊片分別在 60 ～ 70 M P a、 50 ～ 60 M P a之間基本上都發(fā)生屈服, 且有明顯的屈服平臺(tái);鋼帶角度 111. 6°、 鋼帶切向力 14.7 N、 墊片徑向力 0.3 M P a組合和鋼帶角度 95.9°、 鋼帶切向力 14.7 N、 墊片徑向力 0.25 M Pa組合的墊片性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出國(guó)標(biāo)的要求, 且無(wú)論是從外觀質(zhì)量還是內(nèi)在性能均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
V形金屬石墨纏繞式墊片是一種優(yōu)良的密封元件, 在石油、化工、冶金、發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。自20世紀(jì)60年代初隨著引進(jìn)裝置進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng) , 到目前已基本上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。由于纏繞墊片占法蘭連接系統(tǒng)中靜密封件的70%以上 , 因此其性能的優(yōu)劣決定了密封的可靠性。近年來(lái) , 在國(guó)內(nèi)有些高等學(xué)校、 設(shè)計(jì)研究及生產(chǎn)應(yīng)用單位的共同努力下 , 纏繞式墊片的研究工作取得了一定的進(jìn)展。目前國(guó)內(nèi)纏繞墊片的生產(chǎn)廠有幾百家 , 每年生產(chǎn)能力千萬(wàn)噸以上 , 但由于技術(shù)和生產(chǎn)水平比較落后 , 存在著品種單一、 規(guī)格不全、 設(shè)備簡(jiǎn)陋、 性能質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題 , 以致生產(chǎn)的墊片性能差別較大 , 許多墊片使用效果達(dá)不到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平。在文獻(xiàn) [ 4] 中 , 曾對(duì) 4 個(gè)廠家生產(chǎn)的同種材料、 同種規(guī)格的基本型纏繞墊片進(jìn)行了部分性能試驗(yàn) , 結(jié)果差別很大 , 有的項(xiàng)目竟然差 50%左右。另外 , 1996年 11月份由化工部靜密封檢測(cè)中心對(duì)幾十家生產(chǎn)的纏繞墊片進(jìn)行抽樣檢測(cè)(本文作者直接負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作 ), 竟然沒有一家產(chǎn)品能夠滿足全部性能指標(biāo)。由此可見 , 對(duì)纏繞墊片的優(yōu)化研究 , 既可以充分發(fā)揮纏繞墊片的優(yōu)勢(shì) , 又可提高它的使用范圍。本文作者對(duì)此作了較為深入的研究 , 其結(jié)果證明了這一工作的重要性。 1鋼帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 作為纏繞式墊片的主要結(jié)構(gòu)和支撐構(gòu)架 , 鋼帶幾何結(jié)構(gòu)尺寸是直接影響墊片性能的十分重要的參數(shù) , 設(shè)計(jì)時(shí)主要是借鑒美國(guó) API標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)數(shù)據(jù) , 利用成型金屬鋼帶的彈塑性和非金屬帶的密封性能來(lái)滿足法蘭連接系統(tǒng)的密封要求 , 即達(dá)到與系統(tǒng)變形協(xié)調(diào)一致。
2 試驗(yàn)及結(jié)果分析
試驗(yàn)主要是對(duì) 3種鋼帶角度下的不同工藝參數(shù)的纏繞墊片的壓縮 -回彈、 密封性能進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)是利用狀態(tài)方程法在剛性法蘭試驗(yàn)裝置上 , 通過(guò)計(jì)算機(jī)控制墊片加載、 卸載過(guò)程 , 并由計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)。
試驗(yàn)條件為預(yù)緊壓力 70MPa, 試驗(yàn)介質(zhì)壓力 5.5 MPa, 介質(zhì)為 99.9%氮?dú)?, 室溫加載 , 卸載速度為 0.5 MPa /s。試驗(yàn)采用三因子三水平正交試驗(yàn) , 即選取 L9 (34 )安排試驗(yàn) , 以尋求最佳結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù) , 試驗(yàn)墊片為 DN 80 PN 5.0內(nèi)外環(huán)石墨 纏繞墊片。
3 結(jié)論
(1) 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) :鋼帶的角度 、 徑向壓緊力 、切向拉緊力對(duì)纏繞墊片的性能有直接的影響 , 且前兩者對(duì)墊片性能有顯著的影響。
(2) 在其它條件一定時(shí) , 隨著徑向壓緊力的增大 , 回彈率增大 , 泄漏率降低 , 壓緊力小于 0.3 MPa, 壓縮率降低 。
(3) 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) , 角度為 95.9°和 80.9°的墊片分別在 60 ～ 70 MPa、 50 ～ 60 MPa之間基本上都發(fā)生屈服 , 且有明顯的屈服平臺(tái) , 其原因主要與墊片的結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)對(duì)墊片的強(qiáng)度、 剛度的影響有關(guān)。
(4) 鋼帶角度 111.6°、 鋼帶切向力 14.7 N 和墊片徑向力 0.3MPa組合和鋼帶角度 95.9°、 鋼帶切向力 14.7 N 和墊片徑向力 0.25MPa組合下的墊片性能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出國(guó)標(biāo)的要求 , 且無(wú)論是從外觀質(zhì)量還是內(nèi)在性能均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 |
