專利名稱：槽墊密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬流體動力傳遞與介質(zhì)輸送工程領(lǐng)域，涉及基本槽墊密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
由于普通金屬加工表面在微觀上總是凸凹不平的并是密封對接泄漏的唯一直接根源，因此，現(xiàn)有技術(shù)的金屬表面密封對接，往往用軟材密封墊去填平補齊對接表面的凸凹不平，但
卻帶給對接一種新的墊材的介質(zhì)穿透泄漏。US5516122提出在超真空密封應用中，用彈性密封墊填滿填緊墊容腔的方法，旨在加長介質(zhì)沿密封面的泄漏路徑和縮小介質(zhì)穿透泄漏的迎接面積，達到提高密封的目的，但并來涉及普遍適用的基本密封結(jié)構(gòu)規(guī)律和基本槽墊密封結(jié)構(gòu).,其實，無論是動密封還是靜密封，有效阻止介質(zhì)沿密封表面通道泄漏的關(guān)鍵在于給墊予足夠接觸壓應力以使墊材充分填平補齊對接表面的凸凹不平，有效阻止介質(zhì)沿墊材內(nèi)通道泄漏的關(guān)鍵在于給墊予足夠和均勻的受擠壓應力以充分關(guān)閉墊材內(nèi)微隙，而不是US5516122提出的墊在介質(zhì)中的棵露，因為直接受到介質(zhì)壓擠壓的墊表面層的微隙照樣被介質(zhì)壓力消除。由于力在粘性液體材料中的傳遞是遞減的，力在彈性固體材料中的傳遞是縱橫有別的，而密封材料在常溫下幾乎都是固相和液相共存的粘彈體，因此，任何墊的開放壓縮都不能使其各點各向受到相同程度擠壓而同時有效關(guān)閉各路泄漏通道，或者說，只有封閉壓縮密封墊才有可能在整個墊表面同時提供足夠的接觸壓應力和足夠均勻的受擠壓應力，同時有效關(guān)閉介質(zhì)沿密封面的泄漏通道和介質(zhì)穿透墊材的泄漏通道。加之，封閉壓縮中的密封材料，就象液壓缸中的液壓油一樣，只要擠出間隙足夠小，就有遠超過其機械強度的承壓能力，因此，可以說，封閉起來壓縮的槽墊密封結(jié)構(gòu)，無論是通過機械力還是介質(zhì)壓力壓縮，都是最理想的墊密封結(jié)構(gòu)。
美國《ASME鍋爐與壓力容器法規(guī)VIII卷1冊附錄2》(簡稱《ASME法規(guī)》)提出兩個密封墊系數(shù)m和y,用于墊密封法蘭對接的載荷計算，并被歐洲采納進EN13445標準；其y是無介質(zhì)壓力時密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應力(一般用0.14巴介質(zhì)壓力測試確定)，其m-(W-A2P)/^P是有介質(zhì)壓力時為維持對墊密封面的壓縮載荷而需要通過法蘭緊固螺栓附加的壓縮載荷系數(shù)，其中W-總螺栓緊固力、六2=墊內(nèi)堂面積(相當于一個法蘭端蓋的介質(zhì)作用面積)、A^墊密封面積、P-介質(zhì)壓強。無疑，(W-A2P)是有介質(zhì)壓力時能在密封面上產(chǎn)生密封應力的力，AP是介質(zhì)在密封面上的去密封作用力，也就是說，密封結(jié)構(gòu)的m-密封面上的密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，自密封結(jié)構(gòu)的m-反映在密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，非自密封結(jié)構(gòu)的m二密封面上的機械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，顯然，m是一個大小與y無關(guān)的參數(shù)，而且m值越大，結(jié)構(gòu)的密封可靠性越高；然而，《ASME法規(guī)》以及整個世界卻一直還沒觸及和應用這些隱含密封規(guī)律?，F(xiàn)在有效版本中的墊材與接觸結(jié)構(gòu)的m和y值大部分符合而小部分不符合其早期關(guān)系式180(2m-l)2=y,似乎《ASME法規(guī)》已發(fā)現(xiàn)其m和y值有問題。加之未將m和y與泄漏率相連，因此，美國壓力容器研究院(BVRC)和EN13555分別提出了替代m和y的與緊密度或泄漏率有關(guān)的新密封墊參數(shù)，從此，墊密封的設計計算變得更復雜。然而，數(shù)十年來，美國的新參數(shù)測試標準，到《ASTM WK10193-2006螺栓緊固對接法蘭密封墊的常數(shù)測試》已是第IO稿但仍然未生效；雖然歐洲早就頒發(fā)了新密封墊參數(shù)測試標準EN13555，但仍然認可繼續(xù)使用《ASME法規(guī)》的m和y;似乎，人們對兩種新密封墊參數(shù)仍有質(zhì)疑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，精煉《ASME法規(guī)》的ii^參數(shù)m和y及密封結(jié)構(gòu)理念，并據(jù)此提出動密封和靜密封普遍適用的基本槽墊密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明從《ASME法規(guī)》中精煉出的^MM&參數(shù)m和y及密封結(jié)構(gòu)原理是
1任何密封接觸結(jié)構(gòu)都是一個干擾脈沖放大器，當密封接觸面受到干擾作用力而影響密封應力瞬間下降至某種程度時，介質(zhì)都將由局部至整體地迅速浸入密封接觸面而產(chǎn)生一個"密封接觸面積x介質(zhì)壓強"的去密封作用力，因此， 一切密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)巾=密封面上的密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，自密封結(jié)構(gòu)的m-反映在密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，非自密封結(jié)構(gòu)的m-密封面上的機械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力，顯然，m是一個大小與y無關(guān)的參數(shù)，而且m-l時，結(jié)構(gòu)密封面上的密封作用力=結(jié)構(gòu)密封面上的介質(zhì)去密封作用力，結(jié)構(gòu)應處于密封與非密封臨界狀態(tài)，m比l越大，結(jié)構(gòu)的密封可靠性越高。
2然而，如果無介質(zhì)壓力時密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應力y(—般用0.14巴介質(zhì)壓力測試確定)足夠大，則有可能按某個較小m值確立的"密封面上的密封作用力"連實現(xiàn)初始密封都困難，就更不用說密封維持和抗干擾，因此，密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m理念和公式成立的充要條件是，無介質(zhì)壓力時密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應力y應小至忽略不計；如果密封墊的y可小至忽略不計，則對應承受極限工作壓力的那份結(jié)構(gòu)緊固力，在無介質(zhì)壓力時早已使對接結(jié)構(gòu)充分實現(xiàn)初始密封，當然，密封結(jié)構(gòu)設計只需要附加一份維持和加強初始密封所需的由m值確定的力(等于m倍介質(zhì)去密封作用力)，因此，密封結(jié)構(gòu)設計，首先是結(jié)構(gòu)一個無介質(zhì)壓力時的最低密封應力y值可忽略不計的密封結(jié)構(gòu)，使密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m理念和公式有意義，或首先實現(xiàn)無介質(zhì)壓力時的初始密封，然后再考慮有介質(zhì)壓力時維持初始密封。
3如果密封接觸結(jié)構(gòu)是"微觀線后跟面中線接觸"，則首先由逼近零接觸面積的線接觸提供一個逼近無窮大的實現(xiàn)初始密封的實際應力，然后由線接觸后緊跟的面接觸或用小壓力除以大面積的方式提供一個大小可忽略不計的計算應力y,并保護面接觸中始終有線接觸提供初始密封，以至于密封結(jié)構(gòu)設計只需要考慮附加一份維持和加強初始密封所需的由m值確定的力(等于m倍介質(zhì)去密封作用力)。
歐洲標準EN13555第5.2條明確認定，對接密封所需要填平補齊的是對接表面上表面粗糙度量級的凸凹不平，而現(xiàn)代普通車鏜對接表面的水平是表面粗糙度不會粗過Ra1.6|jm (參見ASMEB46.1附圖Bl)，因此，首先特提出一種微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)，其特征是兩個對接表面之一面是一個至少有一個微觀銀齒環(huán)的表面，之二面是一個光滑表面；所述鋸齒環(huán)的齒頂為刃，刃尖角或齒頂角約為90° 120°,齒高Zt約為10 20倍密封表面粗糙度Ra值，齒距Xs/齒高Zt約為20 500(對應輪廓元較寬的表面粗糙度和輪廓元較窄的表面波紋度的輪廓元寬度Xs/高度Zt)，確保對接接觸為"微觀線后跟面中線接觸"。這樣，理想地由鋸齒環(huán)的齒頂提供密封線接觸，由齒后面提供密封受力面，保護線接觸不至于過變形損壞，始終確保無介質(zhì)壓力時密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應力y可小至忽略不計。
由于本發(fā)明的微觀鋸齒環(huán)可有效確保密封接觸的y值忽略不計，特別是確保金屬-金屬密封接觸的y值可忽略不計，能使本發(fā)明煉出的密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m理念和公式充分成立，因此，特據(jù)此理念和公式提出如下基本槽墊密封結(jié)構(gòu)
第一種， 一種曲線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖l所示，由正方形截面環(huán)形墊和正方形截面環(huán)形容腔組成，墊填滿填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是曲線，密封維持
系數(shù)01>1, 01=密封面上的機械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
第二種， 一種曲線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖2所示，由O形或非O形截面環(huán)形墊和正方形截面環(huán)形容腔組成，墊在高壓側(cè)角未填滿或填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是曲線，密封維持系數(shù)巾>1，巾=反映在密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
第三種， 一種直線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖3所示，由矩形截面環(huán)形墊和矩形截面環(huán)形容腔組成，墊填滿填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是直線，密封維持系數(shù)m>l，巾=密封面上的機械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。第四種， 一種直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖4所示，由矩形截面環(huán)形墊和矩形 截面環(huán)形容腔組成，墊在高壓側(cè)未填滿或填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是直線，密
封維持系數(shù)m> 1 ， m-反映密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
第五種， 一種直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖6所示，由O形截面環(huán)形墊和矩形 截面環(huán)形容腔組成，墊在高壓側(cè)未填滿或填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是直線，對 于端上槽式密封，如果容腔截面高度-lqai，則(l+aVD)〈k^4/n，其中3i是墊的理論環(huán)形密 封面寬(O形截面被壓成矩形截面后的寬度)，D是墊的理論環(huán)形密封面小徑(O形截面被壓成 矩形截面后的小徑)，n是圓周率；對于孔上槽式密封，如果墊的理論環(huán)形密封面寬(O形截白 被壓成矩形截面后的寬度)=1<232， ^Kl+a2/D)>k2>n/4,其中32是墊的容腔截面高度，D是 墊的容腔小徑，n是圓周率；對于軸上槽式密封，如果墊的理論環(huán)形密封面寬(O形截面被壓 成矩形截面后的寬度)=1<333,則(1-33/0)>1<3>[1/4,其中a3是墊的容腔截面髙度，D是的墊容 腔大徑，n是圓周率。
按本發(fā)明精煉出的密封結(jié)構(gòu)參數(shù)m和y的理念，對于某些自密封結(jié)構(gòu)，由于其密封面上 的密封作用力和去密封作用力都是同一個介質(zhì)壓力提供的，因此，有些自密封結(jié)構(gòu)的m-介 質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積；也就是說，某些自密封結(jié)構(gòu)的m是一個結(jié)構(gòu)的 固有參數(shù)，只與結(jié)構(gòu)的介質(zhì)作用面積大小有關(guān)，與密封材料強度和密封表面接觸結(jié)構(gòu)無關(guān)， 或者說與無介質(zhì)壓力時密封墊所必須的最低密封應力y無關(guān)，并可通過改變結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)大小 地改變大小，然而，《ASME法規(guī)〉〉的自密封結(jié)構(gòu)的墊系數(shù)m-0;對于非自密封結(jié)構(gòu)，由于密 封面上的密封作用力是機械緊固力提供的，因此，非自密封結(jié)構(gòu)的巾=密封面上的機械密釗 作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力；也就是說，非自密封結(jié)構(gòu)的m只與產(chǎn)生密封的緊W 力和產(chǎn)生去密封的介質(zhì)作用力大小有關(guān)，與密封材料強度和密封表面接觸結(jié)構(gòu)無關(guān)，或者說 與無介質(zhì)壓力時密封墊所必須的最低密封應力y無關(guān)，并可在材料強度許可范圍內(nèi)，通過改 變結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)大小地改變大小，然而，《ASME法規(guī)》的絕大多數(shù)非自密封結(jié)構(gòu)的墊系數(shù)m與 y卻是由等式180(2m-l)^y確定的；對任何密封結(jié)構(gòu)，由于m=l時，結(jié)構(gòu)密封面上的密封 作用力=結(jié)構(gòu)密封面上的介質(zhì)去密封作用力，因此，m=l時的密封結(jié)構(gòu)應處在密封與非密到 臨界狀態(tài)；也就是說，任何密封結(jié)構(gòu)的m都應該大于l,并且稍大于l就可實現(xiàn)密封，然而， 《ASME法規(guī)》的理念卻不是如此，可以說它的密封與非密封的臨界171=0~6.5，并隨密封W 料和結(jié)構(gòu)而變。也就是說，本發(fā)明的密封結(jié)構(gòu)參數(shù)m和y及密封結(jié)構(gòu)原理，源于但卻完全不 同于《ASME法規(guī)》的法蘭墊參數(shù)m和y及密封結(jié)構(gòu)理念；可以說，本發(fā)明的密封結(jié)構(gòu)參數(shù) m和y及密封結(jié)構(gòu)原理是理性的和通用的，《ASME法規(guī)》的法蘭墊參數(shù)m和y及密封結(jié)構(gòu) 理念是感性的和局部的；但可以肯定，沒有《ASME法規(guī)》，就沒有本發(fā)明。所以，本發(fā)明J: 遵循和升華《ASME法規(guī)》現(xiàn)有理念的一種創(chuàng)新。


本發(fā)明的所有附圖都是一個環(huán)形槽墊密封結(jié)構(gòu)的局部截面視圖，其中直徑D代表相關(guān)壞 形槽或墊的直徑(明確表明相關(guān)密封面與相關(guān)環(huán)形槽或墊的相對位置關(guān)系)，Li (泄漏路徑入口 ) 代表密封結(jié)構(gòu)的高壓側(cè)，Lo(泄漏路徑出口)代表密封結(jié)構(gòu)的低壓側(cè)。
圖1是符合本發(fā)明的曲線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，圖la是榫(軸或塞)端止于槽(孔 或缸)底的止端式結(jié)構(gòu)，圖lb是榫(軸或塞)肩止于槽(孔或缸)口的止肩式結(jié)構(gòu)。
圖2是符合本發(fā)明的曲線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，圖2a是榫(軸或塞)端止于槽(孔 或缸)底的止端式結(jié)構(gòu)，圖2b是榫(軸或塞)肩止于槽(孔或缸)口的止肩式結(jié)構(gòu)。
圖3是符合本發(fā)明的直線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，圖3a是墊槽在對接端面上的端 上槽式結(jié)構(gòu)，圖3b是墊槽在孔(缸)壁上的孔上槽式結(jié)構(gòu)，圖3c是墊槽在軸(塞)上的軸上槽式 結(jié)構(gòu)。
圖4是符合本發(fā)明的直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，圖4a是墊槽在對接端面上的端上 槽式結(jié)構(gòu)，圖4b是墊槽在孔(缸)壁上的孔上槽式結(jié)構(gòu)，圖4c是墊槽在軸(塞)上的軸上槽式結(jié)構(gòu)。圖5a是圖3a所示的端上槽式槽墊密封結(jié)構(gòu)的一種變種，圖5b是圖4a所示的端上槽式 槽墊密封結(jié)構(gòu)的一種變種。
圖6是符合本發(fā)明的使用0形截面彈性墊的直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，圖6a是 墊槽在對接端面上的端上槽式結(jié)構(gòu)，圖6b是墊槽在孔(缸)壁上的孔上槽式結(jié)構(gòu)，圖6c是墊 槽在軸(塞)上的軸上槽式結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
槽墊密封結(jié)構(gòu)，按泄漏路徑劃分，有曲線泄漏型和直線泄漏型，按自密封性劃分，有自 密封型和非自密封型，按槽的結(jié)構(gòu)位置劃分有端上槽式、孔上槽式和軸上槽式。曲線泄漏型 槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖1和圖2所示，其截面泄漏路徑Lj —Lo首先是曲線1-4-3,其次是曲線 1-2-3,因為l-4面比l-2面的接觸面積大而應力小；直線泄漏型槽墊密封結(jié)構(gòu)，如圖3和圖 4所示，其截面泄漏路徑Li —Lo是直線1-2。但是，圖la、圖lb和圖3a 3c的墊03a是填 滿填緊容腔的，無介質(zhì)作用面積、無自密封性；圖2a、圖2b和圖4a 4c的墊03b未填滿髙 壓側(cè)容腔，有介質(zhì)作用面積、有自密封性；圖la和圖2a的榫(軸或塞)端是止于槽(孔或缸) 底的，屬止端式，圖lb和圖2b的榫(軸或塞)肩是止于槽(孔或缸)口的，屬止肩式；圖3a和 圖4a的墊槽是在對接端面上的，屬端上槽式，圖3b和4b的墊槽是在孔(缸)壁上的，屬孔上 槽式，圖3c和圖4c的墊槽是在軸(塞)上的，屬軸上槽式。所有視圖中的槽墊密封結(jié)構(gòu)都是 符合本發(fā)明的，通過它可實現(xiàn)件01和件02的密封對接。
由于做墊的密封材料一般都比要對接的金屬件質(zhì)軟，可利用承受極限介質(zhì)壓力那份結(jié)構(gòu) 緊固力實現(xiàn)無介質(zhì)壓力時的初始密封，因此，用作金屬-金屬對接的密封槽墊的y,在密封結(jié) 構(gòu)設計中可忽略不計，即無需在墊密封面上設置微觀鋸齒環(huán)，可直接按m理念(按維持初始 密封的需要)進行密封結(jié)構(gòu)設計。實際上，凡是考慮用微觀鋸齒環(huán)實現(xiàn)密封對接的場合，都梢 微觀鋸齒環(huán)直接結(jié)構(gòu)在較硬的金屬對接面上，因為材料越硬，越不易操作損壞，接觸面積越 逼近零，反而越易在小壓力作用下產(chǎn)生一個逼近無窮大的密封應力。所以，本發(fā)明的微觀鋸 齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)是建立本發(fā)明密封結(jié)構(gòu)原理所必需的，并不是構(gòu)造本發(fā)明的槽墊密封結(jié)構(gòu) 所必需的，或者說，本發(fā)明的槽墊密封結(jié)構(gòu)的實施可不涉及微觀鋸齒環(huán)密封對接結(jié)構(gòu)。
由于本發(fā)明的密封結(jié)構(gòu)的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m的原始定義是"密封面上"的密 封作用力/介質(zhì)去密封作用力，而有些結(jié)構(gòu)的原始密封作用力與密封面垂直——全部直接產(chǎn)生 密封應力，有些又不垂直——只部分產(chǎn)生密封應力，因此，實施本發(fā)明時， 一律應以作用在 密封面上的那份垂直作用力為準地設計使結(jié)構(gòu)的m>l。
由于密封材料在常溫下幾乎都是固相和液相共存的粘彈體，而壓力在液體中的傳遞是各 向無別的，壓力在固體中的傳遞是縱橫有別的一根據(jù)泊松變形比和虎克定律，縱向應力反 映在其對應橫向至少減半(因為常用密封材料的泊松系數(shù)最大為0.5),因此，對于質(zhì)地較軟而 逼近按液體傳遞壓力的彈性體墊，如彈性橡膠墊，其介質(zhì)壓強可透過介質(zhì)密封作用面全數(shù)轉(zhuǎn) 換成密封面上的密封應力，對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松變形傳遞壓力的墊，其介質(zhì)壓強 在透過介質(zhì)作用面后至多只半數(shù)轉(zhuǎn)換成密封面上的密封應力。
對于非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，由于其"密封面上"的密封作用力是安裝保證的，因此， 對曲線泄漏型結(jié)構(gòu)設計，應在保證墊體積填滿容腔的前提下，以安裝直接壓緊面為準地計算 達到某個m值所需的壓緊力；對直線泄漏型結(jié)構(gòu)設計，只有一個密封面，應在保證墊體積填 滿容腔的前提下，以密封面為準地計算達到某個m值所需的壓緊力；為了保證墊容腔充分閉 合時墊能均勻填滿容腔，可將墊截面適當?shù)菇且匀淌苤圃旃钭兓?br> 圖1是符合本發(fā)明的曲線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，其墊容腔截面是正方形
1- 2-3-4。對于圖la止端式結(jié)構(gòu)，由于面l-4和面2-3是直接壓緊面并具有相同的回轉(zhuǎn)半徑、 相同的面積和相同的應力，因此，應在保證墊03a的體積填滿容腔的前提下，以面l-4或面
2- 3為準地計算達到某個m值所需的壓緊力；雖然確保沿面1-4和面2-3不泄漏后，沿面1-2 和面3-4的泄漏不影響沿密封面泄漏，但卻影響沿墊內(nèi)微隙泄漏，因此，墊對容腔的填滿程 度對減少介質(zhì)的穿透泄漏至關(guān)重要。同樣，對于圖lb的止肩式，應在保證墊03a的體積充分填滿容腔的前提下，以面l-2或面3-4為準地計算達到某個m值所需的壓緊力。
圖2是符合本發(fā)明的曲線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，墊容腔截面是正方形1-2-3-4,墊 截面是圓形，因此，如果確保無介質(zhì)壓力時，容腔截面各邊與墊的壓接觸長度為a'，各邊與 墊的未壓接觸玄長為k'a',并使k、s[1,則對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊，四面的 密封面a'的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m值都接近大于JI, 一旦擊漏靠近泄漏入口 Li的一個 密封面a',將使剩余密封面a'的m值變得更大而更加穩(wěn)定；對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松 變形傳遞壓力的墊，至少靠近泄漏出口 Lo的兩個密封面a'的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m值 始終可大于1,因為等腰直角三角形的斜邊始終是直角邊的^"倍而直角邊又非全密封接觸邊。 也就是說，無論是使用彈性體還是非彈性體O形密封墊，圖2所示自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)的密 封都是可靠的，或者說，彈性體O形密封墊在低溫玻璃化后仍然有自密封性。所以，圖2所 示的本發(fā)明的槽墊密封結(jié)構(gòu)設計在于簡單保證k'>K,而且有極高的可靠性。顯然，對髙壓 側(cè)有一個大斜角未填滿或填緊容腔的非O形截面墊，情況也如此。如果"挑戰(zhàn)號"航天飛機 使用了本密封墊結(jié)構(gòu)，有可能就不會因O形密封墊的低溫玻璃化而發(fā)生1986年的空難了。
圖3符合本發(fā)明的直線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，墊容腔截面是矩形1-2-3-4。由于 泄漏路徑都是面1-2,因此，結(jié)構(gòu)設計僅在于考慮使墊3a均勾填滿容腔，并使面l-2上的機 械密封作用力/介質(zhì)去密封作用力=巾>1。由于圖3b的孔上槽式結(jié)構(gòu)和圖3c的軸上槽式結(jié)構(gòu) 不便在密封面l-2上施加安裝壓緊力，因此，高壓應用時，宜選用對應的圖4自密封結(jié)構(gòu)。
圖4是符合本發(fā)明的直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，墊容腔截面是矩形1-2-3-4,墊截 面是矩形，安裝壓縮量越大，越由矩形變腰鼓形。在以"介質(zhì)的密封作用面積/去密封作用面 積"為m參考值設計時， 一是注意密封材料對力的傳遞性，因為m的原始定義是密封面上 的密封作用力/介質(zhì)去密封作用力；二是注意墊與容腔的高壓側(cè)間隙不能過大，否則墊在泄漏 狀態(tài)下，有可能其去密封作用面積將大于密封作用面積，導致泄漏狀態(tài)比密封狀態(tài)更穩(wěn)定。
對于圖4a所示的端上槽式自密封墊03b,其介質(zhì)密封作用面積是nDlqai,其介質(zhì)去密 封作用面積是n(D+aOap其"介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積"=1^/(1+370)， 因此，對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強全數(shù)轉(zhuǎn)換為 密封面上的密封應力)，k^(l+a^D)時，密封才有保障，對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松變 形傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強至多半數(shù)轉(zhuǎn)換為密封面上的密封應力)， k^2(l+aJD)時，密封才有保障。
對于圖4b所示的孔上槽式自密封墊03b,其介質(zhì)密封作用面積是n(D+a2)a2,其介質(zhì)去 密封作用面積是nDk232,其"介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積"=(l+a2/D)/k2， 因此，對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強全數(shù)轉(zhuǎn)換為 密封面上的密封應力)，k^(l+az/D)時，密封才有保障，對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松變 形傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強至多半數(shù)轉(zhuǎn)換為密封面上的密封應力)， 2k2<(l+a2/DM,密封才有保障。
對于圖4c所示的軸上槽式自密封墊03b,其介質(zhì)密封作用面積是n(D-a3)a3,其介質(zhì)去 密封作用面積是nDk333,其"介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積"=(l-a3/D)/k3， 因此，對于質(zhì)地較軟而逼近按液體傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強全數(shù)轉(zhuǎn)換為 密封面上的密封應力)，1<3<(1-33/0)時，密封才有保障，對于質(zhì)地較硬而逼近按固體泊松變形 傳遞壓力的墊(其介質(zhì)密封作用面上的介質(zhì)壓強至多半數(shù)轉(zhuǎn)換為密封面上的密封應力)，
2k3〈(l-33/D)時，密封才有保障。
如果圖4a 4c所示的槽墊密封結(jié)構(gòu)用彈性O形截面墊而不用矩形截面墊，則如圖6a 6c 所示，在內(nèi)腔有介質(zhì)壓力時，直徑為d的O形截面墊，在理論上應該壓扁成截面為5-6-2-3 的矩形截面墊。如果在將墊材視為是體積不可壓縮的(實際可輕微被壓縮)，則根據(jù)壓縮前后 墊的體積相等原則，對于6a所示的端上槽式0形墊有
(nd2/4)n(D+a廠2c)-lqa n(D+a0 (O形截面墊體積-矩形5-6-2-3截面墊體積)
Iqa^d， k a^d2 (O形墊需要壓扁以提供初始密封應力)(D+ai-2c) (D+ai) (D ai 2c,設計時c應盡可能取較小值)
.-.(nki2ai2/4)(D+ai)《ai2(D+ai) 叱/4<1 M4/n
對于6b所示的孔上槽式0形墊有
(nd2/4)n(D+a2)=k2a22n(D+a2) (0形截面墊體積=矩形5-6-2-3截面墊體積)
a2<d (O形墊需要壓扁以提供初始密封應力) ...(na22/4)<k2a22 n/4<k2
對于6c所示的軸上槽式0形墊有
(nd2/4)n(D-a3)=k3a32n(D-a3) (0形截面墊體積=矩形5-6-2-3截面墊體積)
v a3<d (O形墊需要壓扁以提供初始密封應力) . . (na32/4)<k3a32 n/4<k3
所以，對于6a所示的端上槽式0形截面墊的自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如果墊容腔截面髙度 則
(l+aVD)〈k^4/n時，密封才有保證，
其中是墊的理論環(huán)形密封面寬(O形截面被壓成矩形截面后的寬度)
D是墊的理論環(huán)形密封面小徑(O形截面被壓成矩形截面后的小徑)
ki是墊的容腔截面高度系數(shù)(墊的容腔截面高度-haO
n是圓周率；
對于6b所示的孔上槽式0形截面墊的自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如果墊的理論環(huán)形密封面寬(O 形截面被壓成矩形截面后的寬度)=1<232,貝J: (l+a2/D)>k2>n/4時，密封才有保證，
其中32是墊的容腔截面高度
D是墊的容腔小徑
k2是墊的理論環(huán)形密封面寬度系數(shù)(墊的密封面寬度=k2a2) n是圓周率；
對于6c所示的軸上槽式O形截面墊的自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，如果墊的理論環(huán)形密封面寬(O 形截面被壓成矩形截面后的寬度)=1<333,貝寸 (l-a3/D^kpn/4時，密封才有保證，
其中33是墊的容腔截面髙度 D是墊的容腔大徑
1<3是墊的理論環(huán)形密封面寬度系數(shù)(墊的密封面寬度=1<333)
n是圓周率。
綜上所述，由于O形截面墊比矩形截面墊的k值多一個極限限制，因此，矩形截面墊比 O形截面墊可有更大的自密封性；加之一，O形截面墊在脈沖壓力下，比矩形截面墊變形移 動幅度大，表面磨損快，壽命短，加之二，矩形截面墊的形狀在無介質(zhì)壓力下，比O形截面 墊更接近有介質(zhì)壓力時的形狀，有更好的穩(wěn)定性，因此，在直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu) 中，宜選用矩形截面墊，而不宜選用O形截面墊。O形截面墊的最佳運行結(jié)構(gòu)是曲線泄漏型 自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)。
圖5a是圖3a所示的端上槽式槽墊密封結(jié)構(gòu)的一種變種，可按與圖la的止端式結(jié)構(gòu)相 同的方法和原則進行設計和選用。圖5b是圖4a所示的端上槽式槽墊密封結(jié)構(gòu)的一種變種， 但仍可按圖4a的結(jié)構(gòu)方法和原則進行設計和選用。
最后，應該指出，根據(jù)裝配和使用的需要，本發(fā)明的墊槽尖角可倒圓或倒斜，槽壁可稍 斜，本發(fā)明的矩形截面墊可以是X形截面墊。
權(quán)利要求
1一種曲線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，由正方形截面環(huán)形墊和正方形截面環(huán)形容腔組成，墊填滿填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是曲線，密封維持系數(shù)m＞1，m＝密封面上的機械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
2 —種曲線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，由O形或非O形截面環(huán)形墊和正方形截面環(huán)形容腔 組成，墊在高壓側(cè)角未填滿或填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是曲線，密封維持系數(shù) m>l, m-反映在密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
3 —種按權(quán)利要求2的曲線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，其特征是墊截面形狀為O形，無介 質(zhì)壓力時，墊與容腔在截面上的各邊壓接觸長度為a',未壓接觸玄長為k'a', k'>J。
4 一種直線泄漏型非自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，由矩形截面環(huán)形墊和矩形截面環(huán)形容腔組成，墊 填滿填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是直線，密封維持系數(shù)m>l， m-密封面上的機 械密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
5 —種直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，由矩形截面環(huán)形墊和矩形截面環(huán)形容腔組成，墊在 高壓側(cè)未填滿或填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是直線，密封維持系數(shù)m>l, m-反 映密封面上的介質(zhì)密封作用力/密封面上的介質(zhì)去密封作用力。
6 —種直線泄漏型自密封槽墊密封結(jié)構(gòu)，由O形截面環(huán)形墊和矩形截面環(huán)形容腔組成，墊在 髙壓側(cè)未填滿或填緊容腔，其特征是截面上的泄漏路徑是直線，對于端上槽式密封，如果容 腔截面高度-lqai,則(l+a7D)〈k^4/n,其中a！是墊的理論環(huán)形密封面寬(O形截面被壓成 矩形截面后的寬度)，D是墊的理論環(huán)形密封面小徑(O形截面被壓成矩形截面后的小徑)，n 是圓周率；對于孔上槽式密封，如果墊的理論環(huán)形密封面寬(O形截面被壓成矩形截面后的寬度)=1<232，則(1+32/0)>1<2>11/4,其中32是墊的容腔截面高度，D是墊的容腔小徑，n是圓周率；對于軸上槽式密封，如果墊的理論環(huán)形密封面寬(O形截面被壓成矩形截面后的寬 度)=1<333，則(1陽33/。)>1<3>[1/4，其中33是墊的容腔截面高度,D是的墊容腔大徑,n是圓周 率。
全文摘要
按煉自《ASME法規(guī)》的密封結(jié)構(gòu)參數(shù)m和y及密封結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)的槽墊密封結(jié)構(gòu)，無介質(zhì)壓力時密封墊實現(xiàn)密封所必須的最低密封應力y小至忽略不計，使其有介質(zhì)壓力時的密封維持系數(shù)或抗干擾系數(shù)m(＝密封面上的密封作用力/介質(zhì)去密封作用力)為結(jié)構(gòu)設計決定參數(shù)，因此，當設計m＝1時，密封面上的密封作用力＝介質(zhì)去密封作用力＝密封面積×介質(zhì)壓強，結(jié)構(gòu)為密封與非密封臨界狀態(tài)，m稍大于1時，結(jié)構(gòu)為密封狀態(tài)，m比1越大時，結(jié)構(gòu)的密封性越好，對有些有自密封性的結(jié)構(gòu)來說，m＝介質(zhì)的密封作用面積/介質(zhì)的去密封作用面積。
文檔編號F16J15/06GK101551013SQ20081018991
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者徐長祥 申請人:浙江華夏閥門有限公司;徐長祥