2024年4月29日发(作者：)
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2016 NO.18
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工 业 技 术
DOI:10.16661/.1672-3791.2016.18.064
W形柔性石墨金属缠绕垫片压缩—回弹性能试验
与优化研究
①
滕加庄 陈庆
(吉林化工学院 吉林吉林 132022)
摘 要:通过使用不同宽度平钢带设计出3种W形柔性石墨金属缠绕垫片,在不同缠绕压紧力和拉紧力下,对304钢内外环柔性
石墨缠绕垫片进行三因子三水平压缩—回弹性能优化试验研究,从而找出显著影响该结构垫片的重要参数及其对性能的影响
规律,找出性能最佳参数组合。
关键词:W形 石墨金属缠绕垫片 压缩—回弹 优化
中图分类号:TQ055.8文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)06(c)-0064-02
柔性石墨金属缠绕垫片使用性能优良,广泛应用于石油化工
据不完全统计,柔性石墨
管道和设备的螺栓法兰连接密封系统
[1]
。
金属缠绕垫片在国内外密封元件市场平均占有率达到50%以上。
缠绕垫片主要有V形和W形两种结构,目前,在国内工程领域,普
遍使用的缠绕垫片以V形结构为主,只有在一些高端场合(高温、高
压等特殊环境)才能更多地见到W形结构,且多数随设备进口
[2]
。
命和可维护性
[3]
;决定该垫片使用性能的重要指标是垫片的压缩
1 结构设计
1.1 建立力学模型
内外环柔性石墨缠绕垫片示意图如图1所示。简化力学模型如
图2所示,Q为压紧力,Q
1
与Q
2
分别为沿着斜边和垂直斜边的分力。
1.2 W形几何结构的设计
以国家标准中5mm厚度缠绕垫片为设计、试验研究对象。选
用厚度为0.2mm,宽度分别为5.00mm、5.50mm和6.00mm的
3种平钢带,制作3种W形结构,成型后的W形结构及具体尺寸如
图3及表1所示。
柔性石墨金属缠绕垫片的使用性能包括密封可靠性、使用寿
.. All Rights Reserved.
回弹特性。目前国内对柔性石墨金属缠绕垫片的压缩回弹特性的
研究与测试还不够深入,文章结合工程实践、理论研究,对柔性石
墨金属W形缠绕垫片的回弹特性进行测试和理论分析,有助于垫
片参数的优化和使用优化,从而使垫片具有更好的性能,为工程
实践中经济、合理地选择缠绕垫片提供一定的科学依据。
2 优化试验
2.1 试验条件
技术要求:GB4622.3～2008。
垫片规格:5mm厚度级别内外环垫片,DN80 PN5.0;
图1 内外环W形结构缠绕垫片
图3 成型结构简图
表1 5mm厚度的W形钢带结构尺寸
平钢带宽
度(mm)
5.00
5.50
6.00
W钢带宽
度(mm)
4.20
4.20
4.20
波高
h
1
(mm)
1.12
1.22
1.35
单V形角
度2β (°)
108.56
102.64
91.45
斜边L
1
(mm)
1.225
1.375
1.525
图2 力学模型
①基金项目:本项目为吉林市科技计划项目——W形柔性石墨金属缠绕垫片的性能优化研究及产品开发,合同编号:201212209。
作者简介:滕加庄(1979—),男，吉林德惠人,硕士研究生，讲师,主要从事数字化制造与分析研究。
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表2 压缩—回弹正交试验表
列号
试验号
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Ⅰ
j
Ⅱ
j
Ⅲ
j
S
j
A
1
A
1
A
1
A
1
A
2
A
2
A
2
A
3
A
3
A
3
55.70/88.79
55.75/82.27
81.52/70.42
147.86/57.82
B
2
B
1
B
2
B
3
B
2
B
3
B
1
B
3
B
1
B
2
61.67/81.57
62.98/78.31
68.32/81.60
8.27/2.38
C
3
C
1
C
2
C
3
C
3
C
1
C
2
C
2
C
3
C
1
65.80/74.45
65.49/77.22
61.68/89.81
3.51/44.68
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试验数据Y
i
压缩率/回弹率
1
9
18.45 /27.72
17.85 /29.92
19.40 /31.15
17.53/29.58
19.75/27.92
18.47/24.77
29.17/22.53
24.75/29.08
27.60/18.81
T=∑y
i
=192.97/241.48
Y= T/9 =21.44/26.83
S
总
=159.59/104.88
表3 压缩—回弹性能方差分析表
方差来源
A
B
C
**
不显著,但相对而言,角度的影响较大。
显著性
﹡﹡/
﹡/
偏差平方和S
S
A
=147.86/57.82
S
B
=8.27/2.38
S
C
=3.51/44.68
*
从试验结果可以得到如下结论:
C
2
、C
3
条件下,压缩率依次降低。其主要原因是压紧
(1)在C
1
、
力大,垫片的强度和刚度相应增大。两种结构不同之处在于,W形
的压紧力对压缩率的影响从数学的角度上显示出了显著性;(2)对
于W形结构来说,结构的角度对压缩率的影响是显著的,对回弹
率的影响也较其他两个因素明显。从数据上看,角度大压缩率相
对降低,回弹率相对高。这主要是因为,角度的增大,提高了垫片
的刚性,压缩回弹的非线性关系更加趋于“线性”,弹性变形较大,
塑性变形相对较小;(3)就W形而言,压紧力对压缩率的影响是显
著的,对回弹率的影响一般。同等条件下角度小和压紧力小,压缩
率都会增大,也就是说,小角度和小的压紧力叠加,其结果压缩率
会过分增大而超出标准的要求;(4)值得注意的是,影响不显著不
等于没影响,影响的规律性是存在的。显著性的影响是指影响的
敏感性,也就说,微小的变化影响较大。但在工程应用中,更有指
导意义的应该是某一规律性对性能影响的明显性。
注:表示a=0.01下显著;表示a=0.05下显著。
材料:密封面为304钢加柔性石墨,内外环为3.0mm厚度的
温度:常温。
压紧应力:72.0MPa。
试验装置:状态方程法全自动垫片综合性能试验台。
2.2 试件的结构及工艺参数
,A
2
=102.64°,
试件的结构参数:3种钢带角度为A
1
=108.56°
;工艺参数:3个缠绕拉紧力为B
1
=15.0N,B
2
=18.0N,
A
3
=82.82°
3个缠绕压紧力C
1
=0.20MPa,C
2
=0.25MPa,C
3
=
B
3
=20.0N。
0.30MPa。
2.3 优化试验
采用三因子三水平(L
9
(3)
4
)压缩—回弹性能优化试验,试验结
果如表2所示。
304钢板。
.. All Rights Reserved.
参考文献
[1]王乐勤,杨晖,励行根,等.柔性石墨密封垫片的研究现状及发
展趋势[J].流体机械,2013(6):37-41.
[2]陈庆,甘树坤,刘兴德,等.W形柔性石墨金属缠绕垫片结构及
工艺参数优化试验研究[J].润滑与密封,2014(9):104-107.
[3]陈庆,蔡玉国.W形结构缠绕垫片压缩—回弹性能的研究[J].
润滑与密封,2007,32(4):145-146.
3 试验结果分析
试验结果表明:
(1)规律显示压缩率过大,回弹率降低,在国家标准GB4622.3
中规定的压缩率(18%～30%)范围内,以中间压缩率为佳选择的原
则,压缩率性能最佳组合为A
2
B
3
C
1
,其压缩率/回弹率为19.75/
27.92,这种组合的回弹率与国标要求的回弹率≥17%高出近11个
A
2
B
1
C
2
的压缩率和回
百分点;(2)从表2中出现的组合中A
2
B
2
C
3
、
弹率也是比较好的;(3)大角度W结构,压紧力参数C
2
较好,小角度
下,C
3
较好;(4)方差分析表明(见表3),角度和压紧力对压缩率的
影响分别为显著和一般显著,对回弹率的影响虽然从显著性讲并
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