一种弹性自紧型齿形复合垫片的制作方法

本发明属于一种复合垫片，尤其涉及一种弹性自紧型齿形复合垫片。

背景技术：

目前螺栓、垫片和法兰密封系统在高温高压条件下，由于螺栓的形变而松弛，在垫片上无法保持足够的端面应力或法兰预密封面分离，从而导致密封失效泄漏。所以在该种高温高压或温度交变频繁的工况下，保持高效率的密封，对于化工设备的安全运行尤为重要。

现行的垫片主要采用金属缠绕垫片或齿形复合垫片等，而垫片在高温高压条件下的补偿性能有限，所以一般普遍的做法是在螺栓上加装碟形弹簧以提供足够的补偿量，使得法兰面与垫片密封面有足够的端面应力。而化工设备上所使用的碟形弹簧受限于材料和加工方法，价格也比较高。

现有的技术的缺点主要是因高温高压下螺栓松弛而在垫片上的端面应力不足，不能达到高效的密封。而加装碟簧来提供补偿量的方法成本较高，维护又非常不便。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、经济实用、维护方便，且在高温高压下始终保持高效密封性能的弹性自紧型齿形复合垫片。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种弹性自紧型齿形复合垫片，其包括定位环、实心本体、碟形本体及覆盖层；定位环、实心本体及碟形本体三者由外向内同轴一体连接；蝶形本体的内环面上开设有一个与之同轴的环形槽；覆盖层共有两个，该两个覆盖层分别匹配覆盖于实心本体及蝶形本体两者的上表面及下表面。

其中，定位环的厚度小于实心本体的厚度，该定位环的内环面一体连接于实心本体的外环面中段；蝶形本体的外环厚度与实心本体的内环厚度相同，该蝶形本体的外环面与实心本体的内环面相匹配一体连接；蝶形本体的内环厚度大于其外环厚度，该蝶形本体的上表面及下表面呈外低内高的倾斜面。

其中，同轴一体连接的实心本体及蝶形本体的上表面及下表面均匀分布着由外到内的环形齿。

其中，蝶形本体由内环到外环的环形齿所形成的倾斜面与水平面形成一个夹角a。

其中，定位环、实心本体及碟形本体三者是由耐高温金属材料制成的。

其中，覆盖层是由耐高温柔性石墨制成的。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明依照齿形复合垫片的密封样式，利用自紧型密封的原理，采用了部分碟形密封面，利用垫片金属材料的碟形弹性结构，并结合内压的自紧型原理，在高温高压时螺栓无法提供足够端面预紧力的状况下，碟形自紧密封结构始终能保持高效的密封性。本发明的密封结构既有初始密封预紧力低的优点，垫片内侧部分的碟形密封面又具有弹性，在长期使用条件下始终能保持回弹能力；当内压和温度升高时，垫片的内侧空腔受内压的作用，在端面上产生足够的预紧力，即使在螺栓松弛，法兰密封面趋于分离的状况下，始终能保持高效密封。而该种结构又因为其弹性自紧结构具有一定的应对轴向和径向冲击能力。

附图说明

图1是本发明弹性自紧型齿形复合垫片的结构示意图。

图2是本发明弹性自紧型齿形复合垫片的局部结构示意图。

图3是本发明弹性自紧型齿形复合垫片搭配法兰和螺栓安装后实现密封的效果图。

图4是本发明带尺寸标注的弹性自紧型齿形复合垫片的结构示意图。

图5是本发明带尺寸标注的弹性自紧型齿形复合垫片的局部结构示意图。

图6是本发明弹性自紧型齿形复合垫片安装时变形前的效果图。

图7是本发明弹性自紧型齿形复合垫片安装时变形后的效果图。

图8是本发明处于工作状态下的碟形密封面部分受到介质内压P的效果图。

附图标记说明：1、弹性自紧型齿形复合垫片；2、法兰；3、螺栓；11、定位环；12、实心本体；13、碟形本体；14、覆盖层；15、环形齿；131、环形槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图1是本发明弹性自紧型齿形复合垫片的结构示意图，主要体现了本弹性自紧型齿形复合垫片1是由定位环11、实心本体12、碟形本体13及覆盖层14组成的，且着重反映了蝶形本体13的内环面上开设的一个与之同轴的环形槽131；图2是本发明弹性自紧型齿形复合垫片的局部结构示意图，重点体现了环形齿15，以及蝶形本体13由内环到外环的环形齿15所形成的倾斜面；图3是本发明弹性自紧型齿形复合垫片搭配法兰和螺栓安装后实现密封的效果图；图4是本发明带尺寸标注的弹性自紧型齿形复合垫片的结构示意图，反映了弹性自紧型齿形复合垫片1的相关尺寸；图5是本发明带尺寸标注的弹性自紧型齿形复合垫片的局部结构示意图；图6是本发明弹性自紧型齿形复合垫片安装时变形前的效果图；图7是本发明弹性自紧型齿形复合垫片安装时变形后的效果图；图8是本发明处于工作状态下的碟形密封面部分受到介质内压P的效果图。

本发明弹性自紧型齿形复合垫片的结构如图1所示，该弹性自紧型齿形复合垫片1包括定位环11、实心本体12、碟形本体13及覆盖层14；定位环11、实心本体12及碟形本体13三者由外向内同轴一体连接；蝶形本体13的内环面上开设有一个与之同轴的环形槽131；覆盖层14共有两个，该两个覆盖层14分别匹配覆盖于实心本体12及蝶形本体13两者的上表面及下表面。本发明依照齿形复合垫片的密封样式，利用自紧型密封的原理，采用了部分碟形密封面，利用垫片的碟形弹性结构，并结合内压的自紧型原理，在高温高压时螺栓无法提供足够端面预紧力的状况下，碟形自紧密封结构始终能保持高效的密封性。

本发明的密封结构既有初始密封预紧力低的优点，垫片内侧部分的碟形密封面又具有弹性，在长期使用条件下始终能保持回弹能力；当内压和温度升高时，垫片的内侧空腔受内压的作用，在端面上产生足够的预紧力，即使在螺栓松弛，法兰密封面趋于分离的状况下，始终能保持高效密封。而该种结构又因为其弹性自紧结构具有一定的应对轴向和径向冲击能力。

本发明既结构简单、经济实用、维护方便，且在高温高压下始终保持高效密封性能。

如图1所示，本实施例中，定位环11的厚度小于实心本体12的厚度，该定位环11的内环面一体连接于实心本体12的外环面中段；蝶形本体13的外环厚度与实心本体12的内环厚度相同，该蝶形本体13的外环面与实心本体12的内环面相匹配一体连接；蝶形本体13的内环厚度大于其外环厚度，该蝶形本体13的上表面及下表面呈外低内高的倾斜面，该倾斜面可以保证蝶形本体13具有回弹能力。

如图2所示，本实施例中，同轴一体连接的实心本体12及蝶形本体13的上表面及下表面均匀分布着由外到内的环形齿15，进一步保证本产品的密封性能。

如图2及图5所示，本实施例中，蝶形本体13由内环到外环的环形齿15所形成的倾斜面与水平面形成一个夹角a。

本实施例中，定位环11、实心本体12及碟形本体13三者是由耐高温金属材料制成的，使得蝶形本体13在高温高压下具有良好的回弹能力。

本实施例中，覆盖层14是由耐高温柔性石墨制成的，保证本产品在高温高压下具有良好的密封性能。

如图3所示，弹性自紧型齿形复合垫片1在搭配法兰和螺栓安装后实现密封的效果图。

其中，如图4及图5所示，T为碟型密封面总厚度；t为定位环厚度；T1为实心本体厚度；T2为碟形本体厚度；T3为槽高；b为覆盖层厚度；e为槽深；D1为碟形部分内径；D2为碟型部分外径；D3为本体外径；D4为垫片外径；h为齿形高度；p为齿距；R为齿底半径；r为齿顶半径；a为碟形齿顶与水平面的夹角。

另外，该弹性自紧型齿形复合垫片1的结构需依据工况条件进行设计，设计的路线如下：

a)依据装置工作温度确定配套螺栓的松弛量；

b)确定碟形齿顶与水平面的夹角的大小a，槽深e，槽高T3；

c)垫片的碟形密封面总厚度T；

d)根据碟形本体的轴向变形量计算该部分的载荷；

e)计算碟形本体变形后的挠度和疲劳度并校核；

f)密封面的总宽度(D1和D3)依据螺栓力和垫片最低预紧应力进行确定；

g)垫片的径向尺寸D1和D4依据法兰的尺寸确定；

h)齿距p一般为1.5mm，相对应的R、r为0.4mm，但可依据使用情况进行调整。

其中，如图3、图6及图7所示，在螺栓力F的作用下，碟形密封面部分趋于水平，与实心密封面部分一样达到密封效果。另外，如图8所示，处于工作状态下的碟形密封面部分会受到介质内压P的作用而对法兰密封面产生反向作用力，内压越高，则这个反向作用力就会越大，当螺栓产生松弛形变时，法兰密封面趋于分离，那么碟形密封面部分则开始回弹，同时在内压的作用下，碟型密封面对于法兰密封面始终能保持反向作用力F，使得在该种情况下，始终保持高效的密封；且本发明在高温下时，环形槽131内的介质内压P会随着温度升高而增强，进而使得密封性能更加高效持久。

以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。