σc对应的点就是zui小有效压紧应力,它是一个极限值,在工程应用加需加一定的安全系数。把加了安全系数的zui小有效压紧应力,作为选用和计算密封垫的设值,简称y值。
y值是密封垫的固有值,只与密封垫本身的材料,形状有关,而与介质的种类及内压的大小无关。y值通常由密封垫生产厂在样本或产品说明书中给出。或者有关部门根据长期使用经验规定出标准值。
但y值并未反映管内工作介质工作压力的影响,所以用作选用密封垫的准则是不完善的,还需引用另一个重要参数——垫片系数m。
内压的影响主要表现在使压紧垫片的螺栓伸长,从而使法兰结合面间的间隙增大,使预紧状态下的垫片回弹,垫片的变形量减小。因此在zui小预紧压应力作用下,垫片能封住一定的内压(σc对应的横坐标值),但当内压超过此值时垫片就不能达到密封。
当管道无内压时,预紧力是由螺栓压紧形成的。螺栓受拉力、设总拉力为Fb0,垫片受压力,压紧力的大小与螺栓拉力大小相等,方向相反。在数值有Fg0=Fb0(见图4-4a)。
内压作用后使法兰分离,于是对螺栓附加了一个拉力,其值为(见图4-4b):
式中 De——垫片的有效直径
于是,在泄漏开始发生时,垫片的有效压紧应力与内压之比
m——“垫片系数”,它与垫片种类、尺寸、形状、环境温度、介质压力及法兰密封面的表面粗糙度等因素有关。表4-1所示为几种密封垫片的试验数据。
表4-1 垫片系数m试验值(介质为水)
垫片种类 | 预紧压应力 σgo(MPa) | 泄漏开始时压力 pi(MPa) | 有效压紧应力 σg(MPa) | 垫片系数 m=σg/pi |
橡胶密封垫(试件尺寸: φ75×φ61×1.6mm) | 5.40 7.18 15.0 | 1.5 2.5 5.0 | 2.46 3.27 4.80 | 1.64 1.63 0.96 |
石棉橡胶板试件尺寸: φ75×φ61×1.6mm) | 2.09 4.26 14.0 20.0 | 0.3 0.7 3.3 8.0 | 1.52 2.93 4.97 7.20 | 5.10 4.20 1.65 0.91 |
纸垫(试件尺寸: φ75×φ61×1.6mm) | 2.09 2.42 3.96 | 0.6 0.7 1.2 | 0.92 1.06 1.62 | 1.53 1.51 1.35 |
缠绕密封垫试件尺寸: φ60×φ48×5mm) | 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 | 0.5 0.6 1.1 2.3 6.4 10.0 | 9.1 18.9 28.0 35.0 38.7 42.3 | 18.2 31.6 25.5 12.0 6.2 4.2 |
垫片系数m是设计、选择密封垫的重要参数。保证密封的必要条件是:
实际上,在设计密封垫时,密封垫的zui小压紧压应力y和垫片系数m必须同时得到满足,即应符合下列条件:
式中 Ae——有效承压面积。
这里Ag和pi在使用条件下是给定的,而垫片系数m和y值可在表4-1和密封产品样本中查阅,因此用式就能计算垫片的尺寸。