专利名称：一种弹簧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，尤其涉及一种在管道、压力容器、大型机组等过程装备上使用的密封元件。
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由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。这势必造成设备或机组被迫停机，带来巨大的经济损失，甚至造成设备和人身事故。
实用新型内容为了克服传统密封垫片在高温高压、低温且具有振动、冲击和热循环作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、回弹性高且不易压溃，使用寿命长的弹簧复合密封垫片。本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。内侧圆柱螺旋弹簧5和外侧圆柱螺旋弹簧3分别设置在限位环4的内外凹槽内，采用点焊方式将外侧圆柱螺旋弹簧3、内侧圆柱螺旋弹簧5与限位环4连接成一基体。采用压制包覆工艺将金属垫层2包覆在由外侧圆柱螺旋弹簧3、内侧圆柱螺旋弹簧5和限位环4连接成的基体的外部。包覆层I为金属时，其和金属垫层2之间可采用压制包覆工艺制作，为保证连接可靠性，也可增加钎焊、点焊等辅助手段；包覆层I为非金属时，其和金属垫层2之间可采用压制包覆工艺制作，层间可以涂密封胶，以保证两层间粘结牢固。压制包覆、密封胶粘接、点焊、钎焊是密封件生产中常用的连接方式。其中利用限位环4的凹槽，将外侧圆柱螺旋弹簧3、内侧圆柱螺旋弹簧5卡入限位环4的凹槽内，采用点焊方式将三者连接成一基体是一种新的连接方式。该实用新型是此结构和这些部件的连接方式一起给本实用新型带来了突出的优点。利用限位环4的凹槽，将外侧圆柱螺旋弹簧3、内侧圆柱螺旋弹簧5卡入限位环4的凹槽内，采用点焊方式将三者连接成一基体是一种新的连接方式，使得弹簧在限位环4以及金属垫层2的双重作用下发生弹性变形，可更为有效地增加密封件的弹性补偿效果。内外侧圆柱螺旋弹簧为整个密封元件提供优异的回弹性能，以补偿工作条件下螺栓法兰连接密封面的分离。限位环一方面为内外侧圆柱螺旋弹簧定位，另一方面可防止整个垫片压溃。为了方便如石墨等易碎材料的加工，在骨架外部可包覆金属垫层。金属垫层外部包覆一密封层，以阻止流体的泄漏，以实现连接的密封。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。所述的圆柱螺旋弹簧直径d为O. 2、. 8mm。本实用新型的工作原理是该复合垫片以内外侧圆柱螺旋弹簧、限位环为金属骨架，利用内外侧圆柱螺旋弹簧为整个密封元件提供优异的回弹性能，以补偿工作条件下螺栓法兰连接密封面的分离；限位环一方面为内外侧圆柱螺旋弹簧定位，另一方面可防止整个垫片压溃；金属垫层外的包覆层可阻止流体的泄漏，实现连接的密封。为了满足不同的工况条件和密封要求，可采用不同圆柱螺旋弹簧的材料直径、中径、节距，限位环尺寸，包覆层厚度，金属垫层厚度以及材料的组合制造所需的弹簧金属——非金属复合密封垫片。所述的圆柱螺旋弹簧中径D为2 4mm。所述的圆柱螺旋弹簧节距t为O. 15 1mm。该复合密封垫片利用了圆柱螺旋弹簧受压后良好的回弹特性，可降低或者部分抵消压力、温度变化和机械振动的影响，使该复合垫片在高温、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。限位环一方面为内外侧圆柱螺旋弹簧定位，另一方面可防止整个垫片压溃。由于限位环可以防止安装过程中垫片的过度压缩，使安装过程更加方便。可采用不同圆柱螺旋弹簧和限位环尺寸、金属垫层厚度以及包覆层材料和厚度的组合制造所需的弹簧复合密封垫片，以满足密封连接不同的工况条件和紧密性要求。所述的金属垫层2厚度为O. 4"O. 6mm。[0021]所述的包覆层I厚度为O. 2^0. 8mm。所述的限位环4的厚度为1. 4 2. 2mm。所述限位环4的宽度可按密封面的宽度进行设计，所述限位环4与内外圆柱螺旋弹簧的接触面为与内外圆柱螺旋弹簧相匹配的圆弧面。所述包覆层I采用低碳钢、不锈钢、钛、银、镍、蒙乃尔合金、因科镍合金、柔性石墨、非石棉纤维复合材料、聚四氟乙烯。有益效果该复合垫片具有回弹性能好，耐高、低温，抗腐蚀，不易压溃，所需要的预紧力较小，使用寿命长，密封可靠等一系列优点，可以实现过程装备在高温高压且具有振动、冲击和热循环作用下的有效密封。本实用新型中复合密封垫片采用内外侧圆柱螺旋弹簧、限位环和金属垫层作为金属骨架，包覆层作为密封面的复合结构，该垫片回弹性优异，密封性能好，不易压溃，所需要的预紧力较 小，使用寿命长，对法兰密封表面缺陷不太敏感且不损伤法兰工作面，具有优良的耐蚀、耐高温、耐低温性能。
图1为弹簧复合密封垫片的结构示意图。图2为螺栓、法兰、弹簧复合密封垫片的连接关系图。图3为螺栓的上紧顺序示意图。I一包覆层；2—金属垫层；3—外侧圆柱螺旋弹簧；4一限位环；5—内侧圆柱螺旋弹簧；6—上法兰；7—双头螺柱；8—螺母；9一普通弹性垫圈；10_弹簧复合密封垫片；11-下法兰。
具体实施方式
以下结合附图对于本实用新型做进一步的说明。实施例1本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。该复合垫片用圆柱螺旋弹簧材料为普通弹簧钢，材料直径V为:d=Q. 2mm,中径D为W=2mm,节距t为i=0. 2mm ;金属垫层厚度为0. 6mm ;限位环厚度//为://=1. 4mm,宽度沒为J=IOmm ;包覆层厚度为0. 3mm ;金属垫层和限位环材料为普通碳钢；包覆层材料为银。实施例2本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。该复合垫片用圆柱螺旋弹簧材料为普通弹簧钢，材料直径V为￠/=0. 3mm,中径D为..D=c1. 5mm,节距i为 =0· 4mm ;金属垫层厚度为0. 6mm ；限位环厚度//为:17=1.8mm，宽度沒为W=12mm ;包覆层厚度为0. 3mm ;金属垫层和限位环材料为普通碳钢；包覆层材料为镍。实施例3 本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。该复合垫片用圆柱螺旋弹簧材料为普通弹簧钢，材料直径V为:d=Q. 4mm,中径D为W=3mm，节距 为 =0. 6mm;金属垫层厚度为0. 6mm;限位环厚度#为:#=2mm，宽度沒为J=13mm ;包覆层厚度为0. 3mm ;金属垫层和限位环材料为普通碳钢；包覆层材料为钛。实施例4本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。该复合垫片用圆柱螺旋弹簧材料为普通弹簧钢，材料直径V为:d=Q. 5mm,中径D为W=3mm，节距 为 =0. 7mm;金属垫层厚度为0. 6mm;限位环厚度#为:#=2mm，宽度沒为J=12mm ;包覆层厚度为0. 3mm ;金属垫层和限位环材料为普通碳钢；包覆层材料为蒙乃尔合金。实施例5本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。该复合垫片用圆柱螺旋弹簧材料为普通弹簧钢，材料直径V为:d=Q. 3mm,中径D为W=3mm,节距t为i=0. 4mm ;金属垫层厚度为0. 5mm ;限位环厚度//为://=2. 2mm,宽度A为'B二\2· 5mm ;包覆层厚度为0. 5mm ;金属垫层和限位环材料为普通碳钢；包覆层材料为柔性石墨。实施例6本实用新型的所提供的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层2，以及在所述金属垫层2的四周外设置有包覆层I组成；所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环4构成。所述的内侧圆柱螺旋弹簧5、外侧圆柱螺旋弹簧3及限位环4由一层金属垫层2包覆。该复合垫片用圆柱螺旋弹簧材料为普通弹簧钢，材料直径V为:d=Q. 4mm,中径D为-.D=2. 5mm,节距t为i=0. 5mm ;金属垫层厚度为0. 5mm ;限位环厚度//为宽度沒为J=14mm ;包覆层厚度为0. 6mm ;金属垫层和限位环材料为普通碳钢；包覆层材料为非石棉纤维复合材料。[0044]本实用新型中复合密封垫片采用内外侧圆柱螺旋弹簧、限位环和金属垫层作为金属骨架，包覆层作为密封面的复合结构，该垫片回弹性优异，密封性能好，不易压溃，所需要的预紧力较小，使用寿命长，对法兰密封表面缺陷不太敏感且不损伤法兰工作面，具有优良的耐蚀、耐高温、耐低温性能。该复合密封垫片利用了圆柱螺旋弹簧受压后良好的回弹特性，可降低或者部分抵消压力、温度变化和机械振动的影响，使该复合垫片在高温、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。限位环一方面为内外侧圆柱螺旋弹簧定位，另一方面可防止整个垫片压溃。由于限位环可以防止安装过程中垫片的过度压缩，使安装过程更加方便。可采用不同圆柱螺旋弹簧和限位环尺寸、金属垫层厚度以及包覆层材料和厚度的组合制造所需的弹簧复合密封垫片，以满足密封连接不同的工况条件和紧密性要求。
权利要求1.一种弹簧复合密封垫片，所述的弹簧复合密封垫片主要由骨架、在所述骨架四周外侧设置的金属垫层(2)，以及在所述金属垫层(2)的四周外设置有包覆层(I)组成，其特征在于所述弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧(5)、外侧圆柱螺旋弹簧(3)以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环(4)构成； 内侧圆柱螺旋弹簧(5)和外侧圆柱螺旋弹簧(3)分别设置在限位环(4)的内外凹槽内，外侧圆柱螺旋弹簧(3)、内侧圆柱螺旋弹簧(5)与限位环(4)连接成一体。
2.根据权利要求1所述的一种弹簧复合密封垫片，其特征在于所述的内侧圆柱螺旋弹簧(5 )、外侧圆柱螺旋弹簧(3 )及限位环(4 )由一层金属垫层(2 )包覆。
3.根据权利要求1所述的一种弹簧复合密封垫片，其特征在于所述的外侧圆柱螺旋弹簧(3)、内侧圆柱螺旋弹簧(5)直径d为O. 2^0. 8mm ;所述的外侧圆柱螺旋弹簧(3)、内侧圆柱螺旋弹簧(5)中径D为2 4mm ;所述的外侧圆柱螺旋弹簧(3)、内侧圆柱螺旋弹簧(5)节距t为O. 15 1mm。
4.根据权利要求1所述的一种弹簧复合密封垫片，其特征在于所述的金属垫层(2)厚度为O. 4 O. 6mm。
5.根据权利要求1所述的一种弹簧复合密封垫片，其特征在于所述的包覆层(I)厚度为 O. 2 O. 8mm。
6.根据权利要求1所述的一种弹簧复合密封垫片，其特征在于所述的限位环(4)厚度为1. 4 2. 2mmο
7.根据权利要求1所述的一种弹簧复合密封垫片，其特征在于所述限位环(4)与内外圆柱螺旋弹簧的接触面为与内侧、外侧圆柱螺旋弹簧相匹配。
专利摘要本实用新型公开一种弹簧复合密封垫片，涉及一种密封垫片，尤其涉及一种在管道、压力容器、大型机组等过程装备上使用的密封元件。弹簧复合密封垫片的骨架由内侧圆柱螺旋弹簧(5)、外侧圆柱螺旋弹簧(3)以及位于所述内外侧圆柱螺旋弹簧之间的限位环(4)构成；内侧圆柱螺旋弹簧(5)和外侧圆柱螺旋弹簧(3)分别设置在限位环(4)的内外凹槽内，外侧圆柱螺旋弹簧(3)、内侧圆柱螺旋弹簧(5)与限位环(4)连接成一体。本实用新型回弹性优异，密封性能好，不易压溃，所需要的预紧力较小，使用寿命长，对法兰密封表面缺陷不太敏感且不损伤法兰工作面，具有优良的耐蚀、耐高温、耐低温性能。
文档编号F16L23/18GK202867836SQ20122049605
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者顾伯勤, 杨栋君, 朱瑞松, 邵春雷, 范根芳, 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