[发明专利]槽垫密封结构

说明书

技术领域

本发明属流体动力传递与介质输送工程领域，涉及基本槽垫密封结构。

背景技术

由于普通金属加工表面在微观上总是凸凹不平的并是密封对接泄漏的唯一直接根源，因此，现有技术的金属表面密封对接，往往用软材密封垫去填平补齐对接表面的凸凹不平，但却带给对接一种新的垫材的介质穿透泄漏。US5516122提出在超真空密封应用中，用弹性密封垫填满填紧垫容腔的方法，旨在加长介质沿密封面的泄漏路径和缩小介质穿透泄漏的迎接面积，达到提高密封的目的，但并未涉及普遍适用的基本密封结构规律和基本槽垫密封结构。

其实，无论是动密封还是静密封，有效阻止介质沿密封表面通道泄漏的关键在于给垫予足够接触压应力以使垫材充分填平补齐对接表面的凸凹不平，有效阻止介质沿垫材内通道泄漏的关键在于给垫予足够和均匀的受挤压应力以充分关闭垫材内微隙，而不是US5516122提出的垫在介质中的裸露，因为直接受到介质压挤压的垫表面层的微隙照样被介质压力消除。由于力在粘性液体材料中的传递是递减的，力在弹性固体材料中的传递是纵横有别的，而密封材料在常温下几乎都是固相和液相共存的粘弹体，因此，任何垫的开放压缩都不能使其各点各向受到相同程度挤压而同时有效关闭各路泄漏通道，或者说，只有封闭压缩密封垫才有可能在整个垫表面同时提供足够的接触压应力和足够均匀的受挤压应力，同时有效关闭介质沿密封面的泄漏通道和介质穿透垫材的泄漏通道。加之，封闭压缩中的密封材料，就象液压缸中的液压油一样，只要挤出间隙足够小，就有远超过其机械强度的承压能力，因此，可以说，封闭起来压缩的槽垫密封结构，无论是通过机械力还是介质压力压缩，都是最理想的垫密封结构。

美国《ASME锅炉与压力容器法规VIII卷1册附录2》(简称《ASME法规》)提出两个密封垫系数m和y，用于垫密封法兰对接的载荷计算，并被欧洲采纳进EN13445标准；其y是无介质压力时密封垫实现密封所必须的最低密封应力(一般用0.14巴介质压力测试确定)，其m＝(W-A₂P)/A₁P是有介质压力时为维持对垫密封面的压缩载荷而需要通过法兰紧固螺栓附加的压缩载荷系数，其中W＝总螺栓紧固力、A₂＝垫内堂面积(相当于一个法兰端盖的介质作用面积)、A₁＝垫密封面积、P＝介质压强。无疑，(W-A₂P)是有介质压力时能在密封面上产生密封应力的力，A₁P是介质在密封面上的去密封作用力，也就是说，密封结构的m＝密封面上的密封作用力/密封面上的介质去密封作用力，自密封结构的m＝反映在密封面上的介质密封作用力/密封面上的介质去密封作用力，非自密封结构的m＝密封面上的机械密封作用力/密封面上的介质去密封作用力，显然，m是一个大小与y无关的参数，而且m值越大，结构的密封可靠性越高；然而，《ASME法规》以及整个世界却一直还没触及和应用这些隐含密封规律。现在有效版本中的垫材与接触结构的m和y值大部分符合而小部分不符合其早期关系式：180(2m-1)²＝y，似乎《ASME法规》已发现其m和y值有问题。加之未将m和y与泄漏率相连，因此，美国压力容器研究院(BVRC)和EN13555分别提出了替代m和y的与紧密度或泄漏率有关的新密封垫参数，从此，垫密封的设计计算变得更复杂。然而，数十年来，美国的新参数测试标准，到《ASTM WK10193-2006螺栓紧固对接法兰密封垫的常数测试》已是第10稿但仍然未生效；虽然欧洲早就颁发了新密封垫参数测试标准EN13555，但仍然认可继续使用《ASME法规》的m和y；似乎，人们对两种新密封垫参数仍有质疑。

发明内容

本发明的目的是，精炼《ASME法规》的法兰垫参数m和y及密封结构理念，并据此提出动密封和静密封普遍适用的基本槽垫密封结构。

本发明从《ASME法规》中精炼出的密封结构参数m和y及密封结构原理是：