一、墊片密封機理
泄漏即介質(zhì)從有限空間內(nèi)部流動到外部，或者從外部進入有限空間內(nèi)部。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。造成泄漏的根本原因是由于接觸面上存在間隙，而接觸面兩側(cè)的壓力差、濃度差則是泄漏的推動力。由于泄漏面的形式及加工精度等因素的影響，密封面上存在間隙在所難免，這就會造成密封面不完全吻合，從而發(fā)生泄漏。要減少泄漏，就必須使接觸面最大程度地嵌合，即減小泄漏通道的截面積、增加泄漏阻力，并使之大于泄漏推動力。對密封面施加壓緊載荷，以產(chǎn)生壓緊應(yīng)力，可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，就可填補密封面的間隙，堵塞泄漏通道。使用墊片的目的就是利用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。
二、 墊片密封的泄漏形式
螺栓法蘭墊片連接中，墊片是最主要的密封元件。對于非金屬墊片來說，連接的密封是通過擰緊螺栓，造成法蘭與墊片接觸表面及其墊片內(nèi)部較大的壓緊應(yīng)力，從而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、亦即減小被密封流體的泄漏通道。由于任何制造或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)它是以兩種形式出現(xiàn)的，即所謂的“界面泄漏”和“滲透泄漏”[1],如圖3-2
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的貼合不嚴(yán)而發(fā)生泄漏。此外，螺栓法蘭連接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，墊片材料的老化、變質(zhì)等亦會造成墊片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)纖維與橡膠粘結(jié)壓制而成，或有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，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)部的泄漏現(xiàn)象稱為“滲透泄漏”。
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