CN111156316A - 用于大开孔的非标法兰密封垫及其制备方法和密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于大开孔的非标法兰密封垫及其制备方法和密封方法,用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，包括以下步骤：S1、获取法兰的过孔孔径、法兰的外径、流体施加于法兰的压力以及法兰的表面温度；依据过孔孔径确定密封垫的内环孔径并设为第一设定尺寸；依据法兰的外径确定密封垫的外环外径并设为第二设定尺寸；依据过孔孔径、流体压力、表面温度确定密封垫的缠绕垫的宽度并设为第三设定尺寸；第一设定尺寸大于过孔孔径；S2、按照第一设定尺寸裁剪出内环、按照第二设定尺寸裁剪出外环；S3、将金属带和石墨带相互交错重叠连续绕设形成第三设定尺寸的缠绕垫并置于内环以及外环之间。该制备方法能够制备出满足大开孔的法兰密封要求的密封垫。

Description

用于大开孔的非标法兰密封垫及其制备方法和密封方法

技术领域

本发明涉及法兰密封技术领域，更具体地说，涉及一种用于大开孔的非标法兰密封垫及其制备方法和密封方法。

背景技术

在标准中，针对公称压力等级为Class2500(PN420)的缠绕式垫片的公称尺寸在DN300以下，无法满足现今大直径高温高压容器的法兰密封要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够用于大开孔的非标法兰密封垫及其制备方法和密封方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，包括以下步骤：

S1、获取法兰的过孔孔径、法兰的外径、流体施加于所述法兰的压力以及法兰的表面温度；依据所述过孔孔径确定所述密封垫的内环孔径，并设为第一设定尺寸；依据所述法兰的外径确定所述密封垫的外环外径，并设为第二设定尺寸；依据所述过孔孔径、所述流体压力、所述表面温度确定所述密封垫的缠绕垫的宽度，并设为第三设定尺寸；其中，所述第一设定尺寸大于所述过孔孔径；

S2、按照第一设定尺寸裁剪出内环、按照第二设定尺寸裁剪出外环；

S3、将金属带和石墨带相互交错重叠连续绕设形成第三设定尺寸的缠绕垫并置于所述内环以及所述外环之间。

优选地，所述缠绕垫的宽度随流体施加于所述法兰的压力的增大而增大设置。

优选地，所述缠绕垫的宽度随所述法兰的表面温度的增大而增大设置；

和/或，所述缠绕垫的厚度高于所述内环和所述外环的厚度。

优选地，所述缠绕垫的宽度为60～75mm；

和/或，所述内环的内径为760～810mm；

和/或，所述外环的外径为1200～1250mm。

优选地，所述S2步骤还包括在所述外环内侧壁开设凹槽，在所述内环外侧壁设置凸起，以供所述缠绕垫卡入。

优选地，所述S3步骤包括以下步骤：

S3.1、将至少三层金属带重叠绕设形成内缠绕垫；

S3.1、将金属带与石墨带依次交替重叠绕设于所述内缠绕垫外围形成中间缠绕垫；

S3.3、将至少三层金属带重叠绕设于所述中间缠绕垫外围形成外缠绕垫。

优选地，在所述S3步骤后还包括：

S4、将所述缠绕垫的厚度压缩至0.130±0.005in；

所述S4步骤后还包括

S5、获取所述法兰上螺栓孔的孔径以及数量，依据所述法兰上螺栓孔的孔径以及数量确定所述缠绕垫上螺栓孔的孔径以及数量，并在所述缠绕垫上打上对应数量和孔径的螺丝孔。

优选地，在所述S5步骤后还包括：

S6、在所述缠绕垫与所述法兰接触的密封面上沿周向打磨，在所述密封面上形成多个环状痕槽，进而使得所述密封面形成与所述法兰的接触面啮合的啮合面。

本发明还构造一种用于大开孔的非标法兰密封垫，由本发明所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法制得，包括内环、外环、以及设置于内环和所述外环之间的缠绕垫；

所述内环的孔径大于大开孔非标法兰的孔径；

所述缠绕垫的宽度与所述法兰与所述缠绕垫接触的接触面宽度相当。

优选地，所述缠绕垫的宽度为60～75mm；

和/或，所述内环的内径为760～810mm；

和/或，所述外环的外径为1200～1250mm。

和/或，所述缠绕垫的厚度为0.130±0.005in。

优选地，所述外环内侧壁开设凹槽，以供所述缠绕垫卡入。

优选地，所述缠绕垫包括内缠绕垫、绕设于所述内缠绕垫外围的中间缠绕垫、以及绕设于所述中间缠绕垫外围的外缠绕垫；

所述内缠绕垫包括至少三层依次重叠的金属带；

所述中间缠绕垫包括多层金属带以及多层石墨带；所述多层金属带和所述多层石墨带依次交替重叠设置；

所述外缠绕垫包括至少三层依次重叠的金属带。

优选地，所述缠绕垫与所述法兰接触的密封面上设有多道环形的痕槽，以使所述密封面形成与所述法兰的接触面啮合的啮合面。

本发明还构造一种用于大开孔的非标法兰的密封方法，包括以下步骤：

S1，按照本发明所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法制备出密封垫；

S2、将所述密封垫置于所述大开孔非标法兰上；

S3、采用螺栓将所述密封垫与所述大开孔非标法兰紧固连接，并逐一获取螺栓的截面面积，螺栓最小直径的截面面积、螺栓材料室温许用应力、螺栓材料设计文档下许用应力、以及螺栓数量，计算所述螺栓的预紧力，判断所述预紧力是否与预设预紧力相适配；

若是，重复步骤S3直至所有螺栓的所述预紧力是否与预设预紧力相适配；

若否，拧紧所述螺栓，再重复步骤S3直至所有螺栓的所述预紧力是否与预设预紧力相适配。

优选地，所述螺栓的预紧力计算按照以下公式进行：

单个螺栓最小预紧力按下式计算：

单个螺栓最大预紧力，按如下确定：

其中，Am-计算需要的螺栓截面总面积；Ab-实际螺栓最小直径的截面总面积；Sa-螺栓材料室温许用应力；Sb-螺栓材料设计温度下许用应力；n-螺栓数量。

实施本发明的用于大开孔的非标法兰密封垫及其制备方法和密封方法，具有以下有益效果：该用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法通过获取法兰的过孔孔径、法兰的外径、流体施加于法兰的压力以及法兰安装的表面温度，依据过孔孔径确定密封垫的内环孔径，并设为第一设定尺寸；依据法兰的外径确定密封垫的外环外径，并设为第二设定尺寸；依据过孔孔径、流体压力、表面温度确定密封垫的缠绕垫的宽度，并设为第三设定尺寸；并按照第一设定尺寸裁剪出内环、按照第二设定尺寸裁剪出外环，再将将金属带和石墨带相互交错重叠连续绕设形成第三设定尺寸的缠绕垫并置于内环以及外环之间，从而制得用于大开孔的非标法兰密封垫，用于大开孔的非标法兰密封垫能够满足大开孔的法兰密封要求，并且具有密封可靠性强的优点。该用于大开孔的非标法兰的密封方法，通过采用本发明的用于大开孔的非标法兰密封垫，具有操作简便、密封效果好的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一些实施例中用于大开孔的非标法兰密封垫的纵向剖视图；

图2是图1所示用于大开孔的非标法兰密封垫与法兰配合的纵向剖视图；

图3是本发明一些实施例中用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法的流程图；

图4是本发明一些实施例中用于大开孔的非标法兰密封方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1及图2示出了本发明用于大开孔的非标法兰密封垫10的一些优选实施例。该用于大开孔的非标法兰密封垫10可使用与开孔直径较大的非标法兰20，其可满足该大开孔的非标法兰20的密封要求，其具有密封性能强的优点。在一些实施例中，该法兰20的孔径大于750mm。

进一步地，在一些实施例中，该用于大开孔的非标法兰密封垫10可包括内环11、外环12以及缠绕垫13；该内环11的内径可大于该大开孔非标法兰20的孔径。该外环12可套设于该内环11的外围，其外径可与该大开孔非标法兰20外径相适配。该缠绕垫13可设置于该内环11和该外环12之间，其可与大开孔的非标法兰20的端面接触。

进一步地，在一些实施例中，该内环11可采用不锈钢材质制成，可以理解地，在其他一些实施例中，该内环11的材质可不限于不锈钢材质。在一些实施例中，该内环11的内径可以为760～810mm。采用该用于大开孔的非标法兰密封垫10密封大开孔的非标法兰20时，该内环11可以套设于该法兰20颈的外围。该内环11的外侧壁可设置凸起111，该凸起111可沿该内环11的径向凸出设置，其可用于与该缠绕垫13配合固定。

进一步地，在一些实施例中，该外环12可采用不锈钢材质制成，可以理解地，在其他一些实施例中，该外环12的材质可不限于不锈钢材质。在一些实施例中，该外环的外径可以为1200～1250mm，当采用该密封垫10与密封该大开孔非标法兰20时，该外环的最外侧便于可与该法兰20的外侧边缘齐平。在一些实施例中，该外环12的内侧壁可设置凹槽121，该凹槽121可由该外环12的内侧壁沿径向内凹形成，其供缠绕垫13卡入，进而可固定该缠绕垫13，提高与该缠绕垫13配合的稳定性。

进一步地，在一些实施例中，该缠绕垫13可由金属带和石墨带相互交错重叠连续绕设形成的环状结构。该金属带可以为不锈钢带，该石墨带可以为柔性石墨带。该缠绕垫13的宽度可与该法兰20与该缠绕垫13接触的接触面宽度相当，具体地，该缠绕垫13的宽度略小于该法兰20端面的宽度，该缠绕垫13的宽度、内环11的宽度、以及外环12的宽度之和与该法兰20端面的宽度相当。在一些实施例中，作为选择的，该缠绕垫13的宽度可以为60～75mm。该缠绕垫13的厚度可大于该内环11和该外环12的高度，在一些实施例中，在30000psi均匀螺栓压力下，该缠绕垫13的厚度将压缩到0.130±0.005in。

具体地，在一些实施例中，该缠绕垫13可包括内缠绕垫、中间缠绕垫以及外缠绕垫。该内缠绕垫可以包括至少三层依次重叠设置的金属带；在一些实施例中，该内缠绕垫的每一层均可以为金属带。该中间缠绕垫可以包括多层金属带以及多层石墨带，该多层金属带和该多层石墨带可依次交替重叠设置，即两层金属带之间可设置一层石墨带。该外缠绕垫可以包括至少三层依次重叠设置的金属带；在一些实施例中，该外缠绕垫的每一层均可以为金属带。

进一步地，在一些实施例中，该缠绕垫13与该法兰20接触的密封面上可设置多道痕槽；该痕槽可以呈环形，且该多道痕槽均为同心圆，其可通过在该缠绕垫13的密封面上沿周向打磨形成，其可使得该密封面形成与法兰20的接触面啮合的啮合面，进而可提高与提高密封性能，降低了泄漏的可能性。

图3示出了本发明用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法的一些优选实施例。该用户大开孔的非标法兰密封垫的制备方法可制备出能够满足打开孔的非标法兰密封需求的密封垫，其具有操作简便的优点。

如图3所示，该用于大开孔的非标法兰密封垫10的制备方法包括以下步骤：

S1、获取法兰20的过孔孔径、法兰20的外径、流体施加于法兰20的压力以及法兰20的表面温度；依据过孔孔径确定密封垫10的内环11孔径，并设为第一设定尺寸；依据法兰20的外径确定密封垫10的外环12外径，并设为第二设定尺寸；依据过孔孔径、流体压力、表面温度确定密封垫10的缠绕垫13的宽度，并设为第三设定尺寸；其中，第一设定尺寸大于过孔孔径。

在进行S1步骤之前，可先基于压力和温度的要求，确定法兰等级，然后采用卷尺或者其他测量工具测量该法兰20的过孔的孔径，以及法兰20的外径，并采用压力计检测容器中流体施加于该法兰20的压力，采用温度计测量该法兰20表面温度，由此测量到的过孔孔径>750mm；压力≥20MPa；温度≥400℃，外径为1200～1250mm。

依据该过孔的孔径确定该密封垫10的内环11孔径，该内环11孔径大于该过孔孔径，并设为第一设定尺寸，该第一设定尺寸可大于过孔孔径，作为选择的，该第一设定尺寸可以为760～810mm。

依据法兰20的外径确定密封垫10的外环12的外径，并设定为第二设定尺寸。该外环12的外径与该法兰20的外径相当，作为选择地，该第二设定尺寸可以为1200～1250mm。

依据过孔孔径、流体压力、表面温度确定密封垫10的缠绕垫13的宽度，并设为第三设定尺寸，在一些实施例中，该缠绕垫13的宽度可随流体施加于该法兰20的压力的增大而增大设置，该缠绕垫13的宽度随该法兰20的表面温度的增大而增大设置。在一些实施例中，作为选择，该第三设定尺寸可以60～75mm。

S2、按照第一设定尺寸裁剪出内环11、按照第二设定尺寸裁剪出外环12。

具体地，在一些实施例中，在不锈钢片上裁剪出内径为760～810mm的内环11，在不锈钢片上裁剪出外径为1200～1250mm，且内径大于820mm的外环12。然后在该外环12内侧壁开设凹槽121，以便于供缠绕垫13卡入，在该内环11外侧壁设置凸起111。

S3、将金属带和石墨带相互交错重叠连续绕设形成第三设定尺寸的缠绕垫13并置于内环11以及外环12之间。

具体地，在一些实施例中，该步骤S3包括以下步骤；S3.1、将至少三层金属带重叠绕设形成内缠绕垫13；在一些实施例中，该内缠绕垫13的每一层均可为金属带，开始的两层金属带沿圆周最少点焊三处。S3.2、将金属带与石墨带依次交替重叠绕设于内缠绕垫13外围形成中间缠绕垫13；其中，该金属带和该石墨带均为多层，该多层金属带和多层石墨带依次交替设置，即每两层金属带之间均设有一层石墨带。S3.3、将至少三层金属带重叠绕设于中间缠绕垫13外围形成外缠绕垫13；在一些实施例中，该外缠绕垫13的每一层均可为金属带，开始的两层金属带沿圆周最少点焊三处。

S4、将所述缠绕垫13的厚度压缩至0.130±0.005in。

具体地，可在30000psi均匀螺栓压力下，将缠绕垫13的厚度压缩至0.130±0.005in。该缠绕垫13的厚度可高于该内环11和该外环12的厚度。

S5、获取法兰20上螺栓孔的孔径以及数量，依据法兰20上螺栓孔的孔径以及数量确定缠绕垫13上螺栓孔的孔径以及数量，并在缠绕垫13上打上对应数量和孔径的螺丝孔。

其中，该缠绕垫13上的螺栓孔的孔径以及数量与该法兰20上的螺栓孔的孔径以及数量相当。该法兰20端面的宽度越小，法兰20上的螺栓孔的孔径越小，该法兰20的外径越小，该螺栓孔的数量越少，则制备出的该缠绕垫13的宽度越小，螺栓孔的孔径越少，缠绕垫13的外径越小，螺栓孔的数量越少；反之亦然。

在S5步骤后，还可基于法兰以及螺栓计算校核公式，进行结构尺寸的设计迭代与优化。可以理解地，在其他一些实施例中，该步骤可以省去。

S6、在缠绕垫13与法兰20接触的密封面上沿周向打磨，在密封面上形成多个环状痕槽，进而使得密封面形成与法兰20的接触面啮合的啮合面。

其中，该多个环状痕槽可为同心圆，该啮合面的粗糙度与法兰20端面的粗糙度相适配，该粗糙度不超过Ra＝6.3μm。通过在该密封面设置与法兰2020的接触面啮合的啮合面，进而可提高与提高密封性能，降低了泄漏的可能性，使得整体的密封效果得到较好的保证，同时在同等条件下所使用密封垫10缠绕垫13的宽度越窄，因而能够使用更为轻薄的法兰20以及更加少量和轻便的螺栓，提升整体的经济性。

在该S6步骤后，还通过试验验证计算和设计的可靠性，然后再进行实际验证。可以理解地，在其他一些实施例中，该步骤可以省去。

图4示出了本发明用于大开孔的非标法兰20的密封方法的一些优选实施例。该用于大开孔的非标法兰20的密封方法可包括以下步骤：

S1，按照本发明的用于大开孔的非标法兰密封垫10的制备方法制备出密封垫10。

S2、将密封垫10置于大开孔非标法兰20上。

S3、采用螺栓将密封垫10与大开孔非标法兰20紧固连接，并逐一获取螺栓的截面面积，螺栓最小直径的截面面积、螺栓材料室温许用应力、螺栓材料设计文档下许用应力、以及螺栓数量，计算螺栓的预紧力，判断预紧力是否与预设预紧力相适配；

若是，重复步骤S3直至所有螺栓的预紧力是否与预设预紧力相适配；

若否，拧紧螺栓，再重复步骤S3直至所有螺栓的预紧力是否与预设预紧力相适配。

其中，螺栓的预紧力计算按照以下公式进行：

单个螺栓最小预紧力按下式计算：

单个螺栓最大预紧力，按如下确定：

其中，Am-计算需要的螺栓截面总面积；Ab-实际螺栓最小直径的截面总面积；Sa-螺栓材料室温许用应力；Sb-螺栓材料设计温度下许用应力；n-螺栓数量。

在一些实施例中，一般螺栓在预紧时，逐级上紧，最大可达110％的预紧力。在一些实施例中，螺栓的截面裕量可以为17％～20％。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取法兰的过孔孔径、法兰的外径、流体施加于所述法兰的压力以及法兰的表面温度；依据所述过孔孔径确定所述密封垫的内环孔径，并设为第一设定尺寸；依据所述法兰的外径确定所述密封垫的外环外径，并设为第二设定尺寸；依据所述过孔孔径、所述流体压力、所述表面温度确定所述密封垫的缠绕垫的宽度，并设为第三设定尺寸；其中，所述第一设定尺寸大于所述过孔孔径；

S2、按照第一设定尺寸裁剪出内环、按照第二设定尺寸裁剪出外环；

S3、将金属带和石墨带相互交错重叠连续绕设形成第三设定尺寸的缠绕垫并置于所述内环以及所述外环之间。

2.根据权利要求1所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，所述缠绕垫的宽度随流体施加于所述法兰的压力的增大而增大设置。

3.根据权利要求1所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，所述缠绕垫的宽度随所述法兰的表面温度的增大而增大设置；

和/或，所述缠绕垫的厚度高于所述内环和所述外环的厚度。

4.根据权利要求1所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，所述缠绕垫的宽度为60～75mm；

和/或，所述内环的内径为760～810mm；

和/或，所述外环的外径为1200～1250mm。

5.根据权利要求1所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，所述S2步骤还包括在所述外环内侧壁开设凹槽，在所述内环外侧壁设置凸起，以供所述缠绕垫卡入。

6.根据权利要求1所述用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，所述S3步骤包括以下步骤：

S3.1、将至少三层金属带重叠绕设形成内缠绕垫；

S3.1、将金属带与石墨带依次交替重叠绕设于所述内缠绕垫外围形成中间缠绕垫；

S3.3、将至少三层金属带重叠绕设于所述中间缠绕垫外围形成外缠绕垫。

7.根据权利要求1所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，在所述S3步骤后还包括：

S4、将所述缠绕垫的厚度压缩至0.130±0.005in；

所述S4步骤后还包括

S5、获取所述法兰上螺栓孔的孔径以及数量，依据所述法兰上螺栓孔的孔径以及数量确定所述缠绕垫上螺栓孔的孔径以及数量，并在所述缠绕垫上打上对应数量和孔径的螺丝孔。

8.根据权利要求7所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法，其特征在于，在所述S5步骤后还包括：

S6、在所述缠绕垫与所述法兰接触的密封面上沿周向打磨，在所述密封面上形成多个环状痕槽，进而使得所述密封面形成与所述法兰的接触面啮合的啮合面。

9.一种用于大开孔的非标法兰密封垫，由权利要求1至8任一项所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法制得，其特征在于，包括内环、外环、以及设置于内环和所述外环之间的缠绕垫；

所述内环的孔径大于大开孔非标法兰的孔径；

所述缠绕垫的宽度与所述法兰与所述缠绕垫接触的接触面宽度相当。

10.根据权利要求9所述的用于大开孔的非标法兰密封垫，其特征在于，所述缠绕垫的宽度为60～75mm；

和/或，所述内环的内径为760～810mm；

和/或，所述外环的外径为1200～1250mm；

和/或，所述缠绕垫的厚度为0.130±0.005in。

11.根据权利要求9所述的用于大开孔的非标法兰密封垫，其特征在于，所述外环内侧壁开设凹槽，以供所述缠绕垫卡入。

12.根据权利要求9所述的用于大开孔的非标法兰密封垫，其特征在于，所述缠绕垫包括内缠绕垫、绕设于所述内缠绕垫外围的中间缠绕垫、以及绕设于所述中间缠绕垫外围的外缠绕垫；

所述内缠绕垫包括至少三层依次重叠的金属带；

所述中间缠绕垫包括多层金属带以及多层石墨带；所述多层金属带和所述多层石墨带依次交替重叠设置；

所述外缠绕垫包括至少三层依次重叠的金属带。

13.根据权利要求9所述的用于大开孔的非标法兰密封垫，其特征在于，所述缠绕垫与所述法兰接触的密封面上设有多道环形的痕槽，以使所述密封面形成与所述法兰的接触面啮合的啮合面。

14.一种用于大开孔的非标法兰的密封方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，按照权利要求1至8任一项所述的用于大开孔的非标法兰密封垫的制备方法制备出密封垫；

S2、将所述密封垫置于所述大开孔非标法兰上；

S3、采用螺栓将所述密封垫与所述大开孔非标法兰紧固连接，并逐一获取螺栓的截面面积，螺栓最小直径的截面面积、螺栓材料室温许用应力、螺栓材料设计文档下许用应力、以及螺栓数量，计算所述螺栓的预紧力，判断所述预紧力是否与预设预紧力相适配；

若是，重复步骤S3直至所有螺栓的所述预紧力是否与预设预紧力相适配；

若否，拧紧所述螺栓，再重复步骤S3直至所有螺栓的所述预紧力是否与预设预紧力相适配。

15.根据权利要求14所述的用于大开孔的非标法兰的密封方法，其特征在于，所述螺栓的预紧力计算按照以下公式进行：

单个螺栓最小预紧力按下式计算：

单个螺栓最大预紧力，按如下确定：

其中，Am-计算需要的螺栓截面总面积；Ab-实际螺栓最小直径的截面总面积；Sa-螺栓材料室温许用应力；Sb-螺栓材料设计温度下许用应力；n-螺栓数量。

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