双金属波齿复合垫密封自紧性的力学分析

摘要

双金属波齿复合垫具有随内压增大而增强的自紧密封功能,如果其特征参数和单层金属波齿复合垫相同,在设计计算上无法体现其优点.通过比较分析求得内压下接触宽度8mm至30mm的双金属垫贴紧作用的张紧力约为单层垫最小垫片压紧力的0.07至0.16倍,由此指出,操作状态下双层垫最小垫片压紧力、最小螺栓载荷、总轴向力与内径截面上的轴向力之差、三者均需由单层垫时的相应数值减去这个张紧力.通过基本结构尺寸分析了双金属垫从内压获得的作用力占其密封筒体从内压获得的作用力之比,在此基础上以悬臂梁模型推导了双金属垫张口位移计算式,即双金属垫自紧功能的数学解析模型,反映了双金属垫张口位移与内压、垫片宽度三者的定性定量的本质关系.垫片宽度一定时,双金属垫张口位移与内压成线性正比例关系,且存在最低操作压力,当操作压力过低时,双金属垫的张开位移不足以弥补整体法兰的最大偏转,可能密封失效.内压一定时,双金属垫张口位移与垫片宽度成二次曲线关系.最后就与双金属垫有关的3个问题及其研究方向进行讨论.