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墊片密封機理及泄漏形式

2025-06-04

墊片密封的基本概念

墊片密封是工業(yè)裝置中壓力容器、工藝設(shè)備、動力機器和連接管道等可拆連接處最主要的密封結(jié)構(gòu)形式，它通常由法蘭、墊片及連接螺栓、螺母組成，總稱法蘭密封接頭。法蘭密封接頭的結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1 法蘭密封接頭的結(jié)構(gòu)形式

1.螺母；2.法蘭；3.墊片；4.螺栓

墊片密封機理

泄漏就是介質(zhì)從有限空間內(nèi)部流到外部，或從外部進入有限空間內(nèi)部的人們不希望發(fā)生的現(xiàn)象。介質(zhì)流動通過內(nèi)外空間的交界面，即密封面發(fā)生泄漏。產(chǎn)生泄漏的根本原因是接觸面存在間隙，而接觸面兩側(cè)的壓力差、濃度差則是泄漏的推動力。由于密封面的形式及加工精度等因素的影響，導(dǎo)致密封面不完全吻合，即密封面上會出現(xiàn)間隙，從而發(fā)生泄漏。要減少泄漏，就必須使接觸面最大限度地嵌合，即減少泄漏通道的橫截面積、增加泄漏阻力，使之大于泄漏推動力。對密封面施加壓緊載荷可以產(chǎn)生壓緊應(yīng)力，提高密封面的接觸程度，當(dāng)應(yīng)力增大到足以引起表面產(chǎn)生明顯的塑性變形時，就可以填補密封面的間隙，以堵塞泄漏通道。采用墊片的目的就是借助墊片材料在壓緊載荷的作用下較容易產(chǎn)生塑性變形的特性，使之填平法蘭密封面的微小凹凸不平，從而實現(xiàn)密封。

在法蘭密封接頭中，壓緊墊片的力使墊片材料產(chǎn)生變形，從而填滿法蘭密封面間的微間隙。

墊片密封連接的泄漏形式

在法蘭密封接頭中，墊片是主要的密封元件。對于非金屬墊片，連接的密封是通過擰緊螺栓，造成法蘭與墊片接觸表面及墊片內(nèi)部較大的壓緊應(yīng)力，一方面使墊片表面與法蘭表面緊密貼合，填滿法蘭表面的微間隙，另一方面減小墊片材料的孔隙率，即減小被密封流體的泄漏通道。由于任何加工方法都不可能形成絕對光滑的理想表面，也不可能實現(xiàn)密封面間的完全嵌合以及密封件本身孔隙的完全阻塞，所以在相互接觸的密封面間和密封件的內(nèi)部總是存在著微小的間隙或通道。因而，對于墊片密封來說，泄漏總是不可避免的。當(dāng)介質(zhì)以一定的壓力通過螺栓-法蘭連接時，總會在密封點處出現(xiàn)泄漏。分析這種現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，泄漏是以兩種形式出現(xiàn)的，即“界面泄漏”和“滲透泄漏”，如圖2所示。

1.界面泄漏

墊片壓緊應(yīng)力不足，法蘭密封面粗糙，管道的熱變形、機械變形以及振動等都會造成墊片與法蘭密封面之間貼合不嚴(yán)而發(fā)生泄漏。此外，法蘭接頭在操作工況下由于溫度、壓力的作用，螺栓變形伸長，墊片蠕變松弛、回彈能力下降，墊片材料老化、變質(zhì)等也會造成法蘭與法蘭密封面之間的泄漏。這種發(fā)生在墊片與法蘭密封面之間的泄漏稱為“界面泄漏”。

2.滲透泄漏

非金屬墊片通常由植物纖維、動物纖維、礦物纖維或化學(xué)纖維與橡膠黏結(jié)壓制而成，或由柔性石墨等多孔材料制作而成。由于其組織疏松，致密性差，纖維與纖維之間存在無數(shù)微小間隙，因此很容易被介質(zhì)浸透，特別是在壓力作用下，介質(zhì)會通過材料內(nèi)部的孔隙滲透出來。這種發(fā)生在墊片材料內(nèi)部的泄漏稱為“滲透泄漏”。