专利名称：一种波纹层叠的复合密封垫片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种密封垫片，尤其涉及一种波纹层叠的复合密封垫片。
背景技术：
垫片密封是过程工业装置中压力容器、工艺设备、动力机器和连接管道等可拆卸处最主要的静密封形式。流体的密封是通过法兰和垫片间的相互紧密接触，依靠垫片的弹塑性变形，减小或堵塞泄漏通道，以增加流动阻力来实现的。垫片密封通常采用螺栓法兰连接结构，其中垫片是影响螺栓法兰密封连接性能的关键元件。随着现代科学和技术的飞速发展，过程工业装备日趋高参数、大型化，新的工艺不断涌现，特别是石化工业、原子能工业、大型电站的兴起，过程装备向着高温、高压、高真空、深冷和大型化发展，对垫片密封的要求愈来愈严格。一些传统的密封材料和结构已经不能满足系统和装备日趋严格的紧密性要求。目前常用的复合密封垫片主要有金属缠绕垫片、金属包覆垫片、金属冲齿板柔性石墨复合垫片、柔性石墨金属波齿复合垫片。金属缠绕垫片是由金属带和非金属带螺旋复合绕制而成的一种半金属垫片。通过W型或者V型金属圈支架增强抗压，W型或V型金属缠绕圈为焊接固定。其缺点是在冲击、压力振动下易散架，特别是大直径缠绕垫加工制造较困难，安全性能差。金属包覆垫片是以非金属材料为芯材，切成所需要的形状，外面包覆金属薄板组成的一种复合垫片。其缺点是所需预紧比压高，密封面性能差。金属冲齿板柔性石墨复合垫片是由冲齿的金属齿板或冲孔金属芯板与柔性石墨粒子复合压成的一种密封垫片。其缺点是就单层复合垫片而言其回弹性能差，难以适应温度压力波动的工况。柔性石墨金属波齿复合垫片是近几年出现的一种法兰连接系统中使用的静密封原件。如图1、图2所示，它是在齿形垫片基础上发展起来。由一定几何形状的波齿状金属骨架与柔性石墨复合而成的一种复合垫片。其缺点是波齿状金属骨架需车削加工成形，受车削加工精度的局限，易发生局部厚度减薄；波齿金属骨架的齿尖易伤法兰面；在高温情况下易发生开裂；由于加工设备的局限，加工大直径垫片较困难，生产成本高。国内外在金属垫片、复合垫片的理论及实验研究方面做了大量的工作，开发的密封材料与元件可用于一般的工况条件下，但当工作条件比较苛刻时，如在高温、高压同时承受冲击、交变载荷和热循环的工况下，常用密封元件由于材料劣化和结构松弛，常常导致密封连接失效。
实用新型内容为了克服传统复合密封垫片在高温高压、低温且具有振动、冲击和热循环工况条件下回弹性能和密封性能差、使用寿命短的不足，本实用新型提供一种耐高温，抗腐蚀，所需要的预紧力较小，密封性能好、回弹性高且不易散架，使用寿命长的多层波纹层叠复合密封垫片及其设计制造技术。如图3，本实用新型提供一种波纹层叠的复合密封垫片。所述的复合密封垫片主要由至少两层的波纹金属层3、在所述波纹金属层3与波纹金属层3之间的柔性石墨填充层2和包覆在所述波纹金属层3外的柔性石墨密封层I构成。所述波纹金属层3的波形为正弦波，波纹金属层3为2 4层。所述波纹金属层3的正弦波的幅值为O. 5^1. 2mm，波纹金属层3的波纹间距为1. (TlOmm。波纹金属层3的厚度为O. 2"O. 6mm。所述柔性石墨填充层2为广3层。所述柔性石墨层2的厚度为O. 3、. 8_。波纹金属层3的材料为碳钢、不锈钢、钛、蒙乃尔合金、因科镍合金。现有技术的柔性石墨金属波齿复合垫是以机械加工成多个同心圆弧构成的波齿状金属板作为复合垫片的金属骨架，波齿状金属板的上下表面分别复合柔性石墨密封层，从而加工制成柔性石墨金属波齿复合垫。 参照附图3，本实用新型提供的波纹层叠的复合密封垫片其中波纹金属层3和柔性石墨填充层2、柔性石墨密封层I的组合方式可以分别为波纹金属层3 (二层)和柔性石墨填充层2 (—层)和柔性石墨密封层I (二层)、波纹金属层3 (三层)和柔性石墨填充层2(二层)和柔性石墨密封层I (二层)、波纹金属层3 (四层)和柔性石墨填充层2 (三层)和柔性石墨密封层I (二层)。波纹金属为根据不同的幅值和周期的波形冲压成型，然后按上述方式进行组合，加工制成波纹层叠的复合密封垫片。本实用新型提供的波纹层叠的复合密封垫片金属骨架采用正弦波为其几何形状，各种类型正弦波的主要区别是幅值和间距的不同。本实用新型提供的金属骨架齿状为正弦波的幅值范围0. 5 1. 2mm;正弦波波峰的个数为Γιο个；正弦波的间距推荐为O. ri2mm，实际尺寸还需依据被密封面宽度和紧密性要求综合确定。正弦波的间距大则频率较小，整个垫片宽度上正弦波个数较少；正弦波的间距小则频率较大，产生的正弦波个数较多，可以组合形成多道密封面。由以上确定的幅值和间距两参数最终确定金属骨架的正弦波尺寸。本实用新型采用正弦波为波纹层叠的复合密封垫片金属骨架的几何形状，金属骨架由薄板压制而成，各部分厚度均匀，加之几何形状为正弦波状，因而骨架受力均匀，具有较好的抗震性和回弹性，波纹层叠的复合密封垫片安装所需预紧力较小。现有技术的柔性石墨金属波齿复合垫的金属骨架采用多个同心圆弧组成其几何结构，目前的技术结构在波峰处改进为一定宽度(多为f2mm)的直线平台作为其波峰，避免了之前技术结构在受力情况下齿尖刺穿柔性石墨密封层而破坏法兰密封面，造成泄漏事故。波齿状金属骨架与正弦波状骨架相比，厚度方向尺寸不一，其受力不很均匀，在齿尖处受力最小，而在金属骨架最薄处受力较大；回弹性和抗震性较差，安装柔性石墨金属波齿复合垫所需的预紧力较大；受车削加工精度的局限，易发生局部厚度减薄。有益效果采用该复合垫片利用多层金属骨架与柔性石墨复合的结构，使得该复合垫片回弹性能好，不易散架，耐高温，抗腐蚀，所需要的预紧力较小。该复合垫片兼有金属线密封和非金属石墨密封的双重作用，且具有多道密封作用；对法兰密封表面缺陷不太敏感，密封性能好且不损伤法兰工作面。利用波纹金属的回弹性，该复合密封垫片可降低或者部分抵消压力、温度变化和机械振动的影响，在高温、高压、低温、循环交变载荷等作用下仍然具有优异的密封性能。
图1是现有技术中的金属骨架结构.图2是波齿垫片结构的截面图。图3是波纹层叠的复合密封垫片的截面图。图4是螺栓、法兰与波纹层叠的复合密封垫片连接的截面图。图5是螺栓上紧顺序示意图。I一柔性石墨密封层；2—柔性石墨填充层；3—波纹金属层；4一上法兰；5— 双头螺柱；6—螺母；7—普通弹性垫圈；8_多层波纹层叠复合密封垫片；9_下法兰。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。实施例1如图3所示波纹层叠的复合密封垫片包括由柔性石墨密封层1、柔性石墨填充层2和波纹金属层3。其中波纹金属层3为所述波纹层叠的复合密封垫片的骨架，在所述波纹金属层3的上下表面都复合一层柔性石墨密封层I，波纹金属层3与柔性石墨密封层I之间可根据需要使用少量的粘合剂，也可以不使用粘合剂。在波纹金属层3与波纹金属层3之间有填充柔性石墨层2。波纹金属层3的波形为正弦波形，波纹金属层3的正弦波的幅值为O. 5^1. 2mm，波纹金属层3的波纹间距为1. (TlOmm，正弦波形的幅值是指一个正弦波一个周期内有2次到达最大值。波纹金属层3为2 4层，所述柔性石墨填充层2为广3层。波纹金属层3的厚度为O. 2^0. 6_，所述柔性石墨层2的厚度为O. 3^0. 8_。波纹金属层3的材料为碳钢、不锈钢、钛、蒙乃尔合金、因科镍合金。实施例2该复合密封垫片的波纹金属层为2层，柔性石墨填充层为I层，柔性石墨密封层为2层。波纹金属层的厚度为O. 6mm,正弦波的幅值为1. 2mm,正弦波波峰的个数为5个，波纹间距为O. 4mm。柔性石墨填充层、柔性石墨密封层厚度均为O. 3mm。该垫片的厚度为6mm。波纹金属层材料为碳钢。波纹金属层与柔性石墨填充层、性石墨密封层之间通过密封胶粘接。实施例3该复合密封垫片的波纹金属层为2层，柔性石墨填充层为I层，柔性石墨密封层为2层。波纹金属层的厚度为O. 5mm,正弦波的幅值为1mm，正弦波波峰的个数为8个，波纹间距为10mm。柔性石墨填充层厚度为O. 4mm、柔性石墨密封层厚度为O. 8mm。该垫片的厚度为5_。波纹金属层材料为不锈钢。波纹金属层与柔性石墨填充层、性石墨密封层之间通过密封胶粘接。实施例4该复合密封垫片的波纹金属层为3层，柔性石墨填充层为2层，柔性石墨密封层为2层。波纹金属层的厚度为O. 4mm,正弦波的幅值为O. 8mm,正弦波波峰的个数为4个，波纹间距为12_。柔性石墨填充层厚度为O. 4_、柔性石墨密封层厚度为O. 8mmο该垫片的厚度为5. 2_。波纹金属层材料为钛。波纹金属层与柔性石墨填充层、性石墨密封层之间通过密封胶粘接。实施例5该复合密封垫片的波纹金属层为4层，柔性石墨填充层为3层，柔性石墨密封层为
2层。波纹金属层的厚度为O. 4mm，正弦波的幅值为O. 6mm，正弦波波峰的个数为10个，波纹间距为6mm。柔性石墨填充层、柔性石墨密封层厚度均为O. 6mm。该垫片的厚度为5. 8mm。波纹金属层的材料为蒙乃尔合金。波纹金属层与柔性石墨填充层、性石墨密封层之间通过密封胶粘接。实施例6该复合密封垫片的波纹金属层为4层，柔性石墨填充层为3层，柔性石墨密封层为2层。波纹金属层的厚度为O. 2mm,正弦波的幅值为O. 5mm,正弦波波峰的个数为6个，波纹间距为1. 0mm。柔性石墨填充层、柔性石墨密封层厚度均为O. 5mmο该垫片的厚度为5. 1mm。波纹金属层的材料为因科镍合金。波纹金属层与柔性石墨填充层、性石墨密封层之间通过密封胶粘接。
权利要求1.一种波纹层叠的复合密封垫片，其特征在于所述的复合密封垫片主要由至少两层的波纹金属层(3)、填充在所述波纹金属层(3)与波纹金属层(3)之间的柔性石墨填充层(2 )和在所述波纹金属层(3 )外并包覆波纹金属层(3 )的柔性石墨密封层(I)构成。
2.根据权利要求1所述的复合密封垫片，其特征在于所述波纹金属层(3)的波形为正弦波，波纹金属层(3)为2 4层。
3.根据权利要求2所述的复合密封垫片，其特征在于所述的正弦波的幅值范围为0.5 1. 2mm ;正弦波波峰的个数为4 10个；正弦波的间距为O. 4 12mm。
4.根据权利要求3所述的复合密封垫片，其特征在于波纹金属层(3)的波纹间距为1.O IOmm0
5.根据权利要求2或3所述的复合密封垫片，其特征在于波纹金属层(3)的厚度为O. 2^0. 6mm。
6.根据权利要求1所述的复合密封垫片，其特征在于所述柔性石墨填充层(2)为广3层。
7.根据权利要求1或6所述的复合密封垫片，其特征在于所述柔性石墨填充层(2)的厚度为 O. 3^0. 8mm。
专利摘要本实用新型公开了一种波纹层叠的复合密封垫片，涉及一种密封垫片，尤其涉及一种波纹层叠的复合密封垫片。本实用新型所述的复合密封垫片主要由至少两层的波纹金属层(3)、填充在所述波纹金属层(3)与波纹金属层(3)之间的柔性石墨填充层(2)和在所述波纹金属层(3)外并包覆波纹金属层(3)的柔性石墨密封层(1)构成。本实用新型提供一种耐高温，抗腐蚀，所需要的预紧力较小，密封性能好、回弹性高且不易散架，使用寿命长的多层波纹层叠复合密封垫片及其设计制造技术。
文档编号F16J15/12GK202834060SQ20122049473
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者范根芳, 杨栋君, 顾伯勤, 朱瑞松, 邵春雷, 周剑锋, 黄星路, 陈晔, 奚冬兴, 谭金龙, 肖舒恒, 秦留军, 章炳华, 李学勇, 孙正毅, 翟羽, 田志峰 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石化扬子石油化工有限公司