垫片预压紧和操作力

垫片强制密封有两个条件：即预密封条件和操作密封条件。

密封条件的意义是：法兰的密封面不管经过多么精密的加工，从微观来讲，其表面总是凹凸不平的，存在沟槽。这些沟槽可成为密封面的泄漏通道。因此必须利用较软的垫片在预紧螺栓力作用下，使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处，将沟槽填没，消除上述泄漏通道。为此在垫片单位有效密封面积上应有足够的压紧力。此单位面积上的压紧力，称为垫片的密封比压力（单位为 MPa），用 y 表示。不同的垫片有不同的比压力。垫片材料愈硬，y 愈高。

操作密封条件的意义是：经预紧达到密封条件的密封面，在内压作用下，由于压力的轴向作用，密封面会产生分离，使垫片与密封面间的压紧力减小，出现微缝隙，内压介质有可能通过缝隙产生泄漏。为保证其密封，必须使垫片与密封面间保持足够大的流体阻力，只有当其阻力能大于由介质内外压差引起的推动力时，垫片方能密封而不产生泄漏。

由于垫片与密封面间的流体阻力与垫片压紧力成正比，为此在垫片与密封面间必须保持足够大的压紧力，以确保其缝隙足够的小而使流体阻力足够的大。使垫片与法兰密封面间保持足够大的阻力使密封面不发生泄漏时，施加于垫片单位有效密封面积上的压紧力与其内压力的比值，称为垫片的垫片系数，以 m 表示。不同的垫片有不同的 m 值，且 m 随垫片的硬度增大而增大。垫片在螺栓预紧时承受最大的压紧力，有可能被压缩成塑性变形而失去回弹能力，当法兰密封面在介质压力作用下产生分离时，垫片不能产生回弹去“贴紧”密封面，使其间不能保持足够的接触力（即垫片压紧力）而引起泄漏。因此，垫片在预紧时，既要压紧以使其单位有效密封面积上的压紧力不小于 y 值，又不能使其压紧力过大以防止被压成塑性变形。对平面密封的情况，为防止垫片被压成塑性变形，应控制垫片预紧压紧力不大于 4y。 垫片计算中的垫片最小宽度的校核就是出于这一目的。但此校核允许以经验替代，即垫片的最小宽度可按经验确定（参考有关垫片标准决定）。当无经验时，建议对其进行校核，以确保密封的可靠性。 预紧状态下所需最小垫片压紧力是：FG=3.14DGby 操作状态下所需最小垫片压紧力是：FG=6.28DGbmPc

y——单位面积上的压紧力，称为垫片的密封比压力；与强制密封的预紧密封条件相关联。从微观上讲，法兰的密封面是凹凸不平的，存在沟槽，这些沟槽称为密封面的泄漏通道，因此必须在预紧螺栓力的作用下使垫片表面嵌入到法兰密封面的凹凸不平处，现出上述通道，为此在单位垫片有效密封面积上应用足够的压紧力。y就是定义这种压紧力的。

m——在临界泄漏时，垫片单位面积比亚的剩余值（即垫片单位面积上的残余压紧力）与密封压力p的比值，即垫片系数，与强制密封的操作密封条件相关联。操作时，经预紧达到密封条件的密封面，在内压下，

由于轴向作用使垫片与密封面间的压紧力减小，出现微缝隙，内压介质可能通过缝隙泄漏，为保证密封，必须使垫片与密封面间保持足够大的流体阻力。由于垫片与密封面间的流体阻力与垫片压紧力相关，为此在垫片与密封面间必须保持足够大的残余压紧力。故有了m的定义。垫片系数m由密封试验临界泄漏状态的垫片压紧力除以“垫片面积”及密封压力得出。而垫片系数m在原始测定时，对“垫片面积”取为（2b）πDG(即2倍垫片有效密封面积），为此使垫片保持密封的最小压紧力Fp＝“垫片面积”（2b）πDG乘以单位面积上所需的压紧力mp＝（2b）πDG mp＝2πDG bmp

我平时计算时，一般是考虑O型圈和垫片的的密封形式基本一样，所以通常可以用垫片密封的公式来估算O型圈的密封所需要的力：分为预紧和操作状态下两种： 预紧状态下所需最小压紧力是：FG=3.14DGby 操作状态下所需最小垫片压紧力是：FG=6.28DGbmPc

y——单位面积上的压紧力，称为材料的密封比压力；与强制密封的预紧密封条件相关联。

m——在临界泄漏时，垫片单位面积比亚的剩余值（即垫片单位面积上的残余压紧力）与密封压力p的比值，即垫片系数，与强制密封的操作密封条件相关联。 DG——有效密封面积，即密封面压紧力中心圆直径。 b — 垫片的有效密封宽度。 Pc——额定压力。

预紧状态下密封力是指在流体无内压或内压小于预紧比压状态下的密封。 操作状态下密封力是指在克服流体内压作用下轴向应力使密封面分离的密封。

常用垫片的特性参数 1a N/2 I 垫片密封面宽度bo II N/2 压紧面形状类型 1b 1c 1d 2 3 4 5 6 1)1)(W+δ)/2 (W+N)/4 N/4 3N/8 N/4 W/4 (W+δ)/2 (W+3N)/4 3N/8 7N/16 3N/8 注：O型圈密封面宽度bo通常取N/2即线径的一半，或者可按压缩率的来计算出

垫片材料 无织物或含纤维或石棉合成橡胶 肖氏硬度小于75 肖氏硬度大于75 垫片系数m 0.5 1 比压力y MPa 0 1.4 厚3mm 适当加固物的石棉 厚1.5mm 厚0.75mm 含棉纤维的橡胶 内有石棉纤维的橡胶，有金属或无金属丝 植物纤维 内填石棉缠绕式金属 3层 2层 1层 碳钢 不锈钢或蒙乃尔 软铝 软钢或黄铜 波纹金属板或壳类包石棉 铁或软钢 蒙乃尔 铬钢 不锈钢 软铝 软钢或黄铜 波纹金属板 铁或软钢 蒙乃尔 铬钢 不锈钢 软铝 软钢或黄铜 平金属板内包石棉 铁或软钢 蒙乃尔 铬钢 不锈钢 软铝 软钢或黄铜 槽型金属 铁或软钢 蒙乃尔 铬钢 不锈钢 软铝 金属板类 软钢或黄铜 铁或软钢 蒙乃尔 铬钢 铁或软钢 金属环 蒙乃尔 铬钢

2 2.75 3.5 1.25 2.25 2.5 2.75 1.75 2.5 3 2.5 2.75 3 3.25 3.5 2.75 3 3.25 3.5 3.25 3.25 3.5 3.25 3.5 3.75 3.25 3.25 3.5 3.25 3.25 4.25 4 4.75 5.5 6 6.5 5.5 6 6.5 11 25.5 44.8 2.8 15.2 20 25.5 7.5 69 69 20 26 31 38 44.8 25.5 31 38 44.8 52.4 38 44.8 52.4 55.2 62.1 62.1 38 44.8 52.4 62.1 69.6 60.7 89.6 124.1 150.3 179.3 124.1 150.3 179.3