CN103016867A - 一种组合垫片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合垫片，包括环形的金属骨架，所述金属骨架的内圈的侧壁上设置有一圈环形的凹槽，所述凹槽的开口向着所述金属骨架的中心轴线，所述凹槽内设置有一圈支撑环，所述支撑环与所述凹槽的内壁组成一个封闭的空腔，所述支撑环的横截面为向着所述金属骨架的中心轴线隆起的弧形。随着管道内介质的压力增加，垫片和密封面之间的比压也随之增加，无需厚重的法兰面和高强度螺栓。金属骨架外圈的刚性大不易变形，可以充分保护凹槽部分不过载，更不需要复杂的榫槽面法兰。
Description
技术领域
本发明属于机械设备与管道联接用密封垫片技术领域，尤其是涉及一种半自紧式齿形垫片。
背景技术
目前，在管道的接头处，螺纹或者柱塞等连接处，为了达到密封不漏的目的，通常会使用密封垫片，用于密封油、气体或者水等介质。在静密封领域（设备中相对静止间的密封）根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封，而我国在高压密封上垫片的使用中存在一定的不足。高压静密封须用材质硬接触宽度窄的金属垫片，可采取的方式有强制密封和自紧密封。
强制密封就是说，放在法兰之间的垫片通过拧紧联接螺栓使垫片受到压紧而在垫片上形成压紧应力或称垫片应力。当压紧应力达到垫片密封所需的应力时，法兰联接处就会达到密封不漏。如果拉紧法兰的螺栓力由于各种原因发生不利于压紧垫片的情况，或者由于其他原因使垫片的应力减少，都可能会使联接处的密封性能下降甚至发生泄漏，而且在高压环境下对法兰和螺栓的强度要求非常高，往往设备非常庞大。典型的一种用于强制密封的垫片为齿形垫片，齿形垫片能够应用于高温、高压的场合，其极限工况能够达到高温500℃压力400bar，并且综合了非金属材料和金属材料的各自优点（非金属材料良好的法兰表面弥补性能和金属垫片的长期稳定安全的工作性能）齿形垫在受压情况下，密封层的密度很好，相应的密封截面很小，因此泄漏率低。较波齿垫齿形圆滑不易伤到法兰表面。但问题是复合的非金属材料在加载初期很容易被挤进金属骨架的凹槽中，其回弹量很小，后续承压部分主要是金属骨架部分，因此其结构决定了无法应用于温度或者压力波动大的工作环境。
自紧密封是利用其结构特点，使垫片、顶盖和筒体端部之间的密封比压随工作压力的升高而增大。预紧时只需要施加较小的面压，建立初始密封，工作时当内压上升后，上下法兰相互分离，同时密封环也中心轴线张开，补偿由上下法兰相互分离造成的密封比压下降，内压越高压的得越紧。虽然自紧密封可以缩减法兰尺寸但对法兰结构有要求，必须有相应的密封槽配合使用，长期使用密封槽容易磨损，无法大量推广。典型的一种用于自紧密封垫片为C型环密封，C型环密封依靠凸出圆弧与顶盖和筒体接触，接触面积很小。当锁紧顶盖时，接触表面产生很大压力以保证密封。当介质压力升高，C型环内腔受压，产生中心轴线伸张力，又增加密封表面的压力，提高密封能力。C型环密封结构简单，预紧力小，拆装方便，密封可靠，较O形环加工方便。但是由于其压缩量小容易塑性变形，导致只能应用于有榫槽的法兰面以防止其径向攒动和过载。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种组合垫片，结合了强制密封垫片和自紧密封垫片的优点。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种组合垫片，包括环形的金属骨架，所述金属骨架的内圈的侧壁上设置有一圈环形的凹槽，所述凹槽的开口向着所述金属骨架的中心轴线，所述凹槽内设置有一圈支撑环，所述支撑环与所述凹槽的内壁组成一个封闭的空腔，所述支撑环的横截面为向着所述金属骨架的中心轴线隆起的弧形。预紧时，螺栓里使法兰将垫片压紧，金属骨架内圈凹槽部分先受压变形，当其变形到一定程度是，金属骨架的外圈开始承压，由于金属骨架外圈的刚性大不易变形，可以充分保护凹槽部分不过载，不用在法兰面上设置榫槽就能有效防止凹槽被因过载压扁。当管道内的介质压力逐渐升高时，这时需要垫片与密封面之间具有更大的比压才能实现密封效果，介质的压力大于空腔内的气体压力，在这个压力差的作用下，介质推动支撑环发生形变，使得支撑环的弧度逐渐变小，支撑环撑开凹槽的开口，使得金属骨架内圈与密封面之间的比压增加，从而在高压条件下达到同样的密封效果。另外，支撑环弹性形变时，凹槽开口的大小变换范围可以很大，因此本发明可以适用于温度或者压力波动大的工作环境。
上述技术方案中，优选的，所述金属骨架的外圈的上下表面上设置有凸起。所述凸起上设置有非金属材料层。凸起用于增加垫片和密封面之间的比压。
前一技术方案中，具体的，所述非金属材料层选自石墨、无石棉、聚四氟乙烯中的一种。
上述技术方案中，优选的，所述金属骨架材料为耐高温弹簧钢。
本发明的有益效果是：随着管道内介质的压力增加，垫片和密封面之间的比压也随之增加，无需厚重的法兰面和高强度螺栓。金属骨架外圈的刚性大不易变形，可以充分保护凹槽部分不过载，更不需要复杂的榫槽面法兰。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
图2为图1的局部放大图。
图3为本发明实施例使用时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：参见图1和图2，一种组合垫片，包括环形的金属骨架1，金属骨架1的外圈的上下表面上设置有凸起12。金属骨架1的内圈的侧壁上设置有一圈环形的凹槽11，凹槽的开口向着金属骨架1的中心轴线，凹槽11内设置有一圈支撑环2，支撑环2与凹槽11的内壁组成一个封闭的空腔，支撑环2的横截面为向着金属骨架1的中心轴线隆起的弧形。凸起12上设置有非金属材料层3。其中非金属材料层3选自石墨、无石棉、聚四氟乙烯中的一种。金属骨架1材料为耐高温弹簧钢。非金属材料层3相对于金属骨架1，材质较软，受到一定压力时，就能与密封面紧密贴合，同时填补密封面上的细小凸起和凹陷，保证密封可靠性。凸起12的作用是减小非金属材料层3与密封面之间的接触面积，使得在受到同样大小的预紧力时，非金属材料层3与密封面之间的比压更大。
参见图3，预紧时，螺栓（图中未视出）里使法兰4、5将垫片压紧，金属骨架内圈凹槽和非金属材料层3部分先受压变形，当其变形到一定程度是，金属骨架1的外圈开始承压，由于金属骨架1外圈的刚性大不易变形，可以充分保护凹槽11部分不过载，不用在法兰面上设置榫槽就能有效防止凹槽被因过载压扁。当管道内的介质压力逐渐升高时，这时需要垫片与密封面之间具有更大的比压才能实现密封效果，介质的压力大于空腔内的气体压力，在这个压力差的作用下，介质推动支撑环2发生形变，使得支撑环2的弧度逐渐变小，支撑环撑开凹槽11的开口，使得金属骨架1内圈与密封面之间的比压增加，从而在高压条件下达到同样的密封效果。另外，支撑环2弹性形变时，凹槽11开口的大小变换范围可以很大，因此本发明可以适用于温度或者压力波动大的工作环境。
Claims (4)
1.一种组合垫片，包括环形的金属骨架（1），其特征在于：所述金属骨架（1）的内圈的侧壁上设置有一圈环形的凹槽（11），所述凹槽的开口向着所述金属骨架（1）的中心轴线，所述凹槽（11）内设置有一圈支撑环（2），所述支撑环（2）与所述凹槽（11）的内壁组成一个封闭的空腔，所述支撑环（2）的横截面为向着所述金属骨架（1）的中心轴线隆起的弧形。
2.根据权利要求1所述的组合垫片，其特征在于：所述金属骨架（1）的外圈的上下表面上设置有凸起（12），所述凸起（12）设置有非金属材料层（3）。
3.根据权利要求2所述的组合垫片，其特征在于：所述非金属材料层（3）选自石墨、无石棉、聚四氟乙烯中的一种。
4.根据权利要求1所述的组合垫片，其特征在于：所述金属骨架（1）材料为耐高温弹簧钢。
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