如何確定墊片的厚度
作者：泵 來源：墊片 發(fā)布時(shí)間：2023-06-19
對(duì)于非金屬平墊片，ASME B16.21標(biāo)準(zhǔn)中并沒有給出關(guān)于墊片厚度的指導(dǎo)，而如何在一個(gè)特定的應(yīng)用中選擇恰當(dāng)?shù)膲|片厚度是一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，且這個(gè)問題很難簡單地回答。因此，我們鼓勵(lì)用戶在無法判定如何選擇厚度時(shí)，和應(yīng)用工程師進(jìn)行溝通討論，而今天的文章則希望為用戶解釋為何這個(gè)問題如此棘手，同時(shí)分享一些相關(guān)的應(yīng)用知識(shí)以幫助用戶了解一些可能出現(xiàn)的情況。
作為墊片應(yīng)用工程師，我們推薦盡可能的使用更薄的墊片。
但在某些情況下，需要和推薦更厚的墊片，我們先說明一下。一些常用的工況中3.2mm厚度的墊片是必要的并且是完全可以接受的，如下幾種情況：
◆ 當(dāng)上緊螺栓后薄的法蘭將會(huì)變得不平，諸如6.4mm厚度的角鐵或鋼板法蘭；
◆ 大直徑法蘭，像AWWA標(biāo)準(zhǔn)的水管道法蘭，3米直徑的壓力容器；
◆ 許多螺栓力有限的低壓全平面大直徑法蘭；
◆ 可能有某種程度上的凹坑，彎曲或破損的老舊法蘭。
較厚的墊片用于低壓大直徑法蘭的原因之一是這些法蘭沒有足夠多的螺栓，主要是內(nèi)壓不高，所以設(shè)計(jì)時(shí)就不需要大量的螺栓。有限的螺栓意味著墊片的壓縮量有限，薄的法蘭意味著在螺栓上緊后法蘭會(huì)變形，在螺栓之間的空隙就會(huì)壓縮很小或者根本沒有壓縮。薄的墊片沒有足夠的壓縮量來彌補(bǔ)這些不夠平的法蘭。
這似乎有些違背我們正常的思維。如果你看我們的推薦安裝應(yīng)力，我們要求隨著墊片厚度的增加需要更大的應(yīng)力（載荷）。但在載荷非常低的地方，例如角鐵法蘭，很少能夠提供保持法蘭平整和密封薄墊片所需的足夠的法蘭厚度。在大部分情況下，這些法蘭的內(nèi)壓低，因此對(duì)于較厚的墊片也沒有高的吹出風(fēng)險(xiǎn)。
比如，有一個(gè)66”法蘭的例子：法蘭厚度約6.4mm，用20個(gè)5/8”的螺栓。對(duì)于如此大的法蘭，螺栓的數(shù)量和大小都是不夠的。用于無壓力的油，客戶詢問了1.6mm的油水自膨脹墊片；而更好的選擇是3.2mm厚度的，有兩個(gè)原因：
一， 螺栓間距如此之大將導(dǎo)致兩個(gè)螺栓中間的壓縮載荷非常小。薄的墊片不能夠很好的適應(yīng)彎曲的法蘭。
二，在沒有內(nèi)壓的情況下，使用更厚的墊片沒有不利因素或缺點(diǎn)，因?yàn)閴|片不會(huì)被吹出。
然而，對(duì)于設(shè)計(jì)用于更高壓力的法蘭，情況就大不一樣了。這些法蘭要厚得多，意味著當(dāng)螺栓上緊時(shí)，它們通常可以保持平整，平整度能夠達(dá)到0.1mm。這種情況下“越薄越好”的建議是合適的。薄墊片的優(yōu)點(diǎn)有很多：
1、由于接觸內(nèi)壓的表面積更小使得抗吹出能力更高。
2、同樣由于接觸內(nèi)壓的表面積更小，泄漏率也更低。
3、由于更薄的墊片有更低的蠕變松弛特性，緊固件的扭矩保持性更好。
4、墊片本身的成本也更低。
較厚的墊片將更適合嚴(yán)重?fù)p壞或翹曲的法蘭，這是因?yàn)閴|片填充不平整法蘭的能力是基于給定載荷下的墊片壓縮量，而特定載荷下的壓縮率是用墊片原始厚度的百分比來表示的，較厚的墊片具有較大的原始厚度，實(shí)際的壓縮量也更大。對(duì)于1.6mm的墊片，10%的壓縮率就意味著0.16mm的壓縮量，3.2mm的墊片壓縮達(dá)到10%的話，壓縮量就達(dá)到了0.32mm。這種多出來的墊片壓縮量意味著厚墊片比薄墊片能夠更好的填充深的劃痕或凹坑。
使用厚墊片的優(yōu)勢(shì)可能被誤導(dǎo)，無論如何，當(dāng)更厚的墊片用來密封更多的有瑕疵的法蘭時(shí)，將來可能會(huì)導(dǎo)致更多的問題。更厚的墊片帶來更高的蠕變松弛，更高的蠕變松弛意味著在整個(gè)法蘭連接在使用周期內(nèi)，用戶可能需要重新上緊螺栓來保持墊片有足夠的壓縮載荷。更厚的墊片會(huì)帶來更大的吹出力，這種情況會(huì)由于墊片接觸內(nèi)壓部分的表面積增加而加劇，這實(shí)際上會(huì)產(chǎn)生更大的試圖把墊片推出法蘭的總力，即吹出力。（內(nèi)壓的單位是Mpa，更厚的墊片在面對(duì)內(nèi)壓方向上就顯得更“高”，這意味著更大的表面積。內(nèi)壓Mpa乘以更大的面積就得到更大的力。）
由于所有的墊片材料在某種程度上都是可以滲透的，介質(zhì)可以穿透墊片的本體。更厚的墊片會(huì)產(chǎn)生更大的滲透通道，因此泄露率更高。這里必須注意這事反過來也是會(huì)出現(xiàn)的。如果墊片太薄而不能彌補(bǔ)法蘭的缺陷，介質(zhì)會(huì)泄漏而不是通過墊片本體滲漏，而且泄漏率可能比厚墊片更高。
需要使用更厚墊片的法蘭，會(huì)產(chǎn)生墊片廠家無法控制的問題。好的方案就是使用或設(shè)計(jì)能夠提供較高壓縮載荷的法蘭，保持法蘭表面情況良好，使用1.6mm甚至0.8mm厚度的墊片。用戶在設(shè)計(jì)使用非石棉板材墊片時(shí)應(yīng)該考慮在設(shè)計(jì)計(jì)算中使用較高的3.2mm厚度的“M & Y”值，但是安裝1.6mm厚度的墊片。這些建議將消除一些常見的法蘭連接失效的因素。
◆ 分體式泵：厚度非常關(guān)鍵，因?yàn)樗绊懕脙蛇呏g的間隙。這些泵通常使用0.4mm的非石棉壓縮墊片?？蛻粲袝r(shí)會(huì)要求厚度公差很小的板材，同時(shí)厚度變化也較小。重要的是要記住大壓縮量的墊片通常不適用在這里，因?yàn)楹穸仁遣灰粯拥摹?br />◆ 放置在槽中使用的墊片：在使用榫槽面結(jié)構(gòu)，或者凹平面法蘭，墊片必須填滿整個(gè)空間，在法蘭金屬接觸金屬之前，墊片被壓縮。加載后的墊片壓縮厚度必須被計(jì)算，必須大于法蘭接觸后產(chǎn)生的間隙。例如，如果槽是3.2mm深，榫是0.6mm高，墊片壓縮后的厚度必須超過2.6mm，否則法蘭將在墊片還沒有完全壓縮的情況下就接觸了。有一個(gè)例子，用戶要求用膨體四氟墊片替代原來原始設(shè)計(jì)的改性四氟墊片，膨體四氟墊片沒有能夠完全壓縮從而導(dǎo)致泄漏，因?yàn)檫@種膨體四氟墊片需要被壓縮到原始厚度的近1/3才行。
◆ 針對(duì)特殊墊片厚度設(shè)置的長輸管道系統(tǒng)。例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的纏繞墊片，壓縮后測(cè)量厚度大約是3.2mm。在長輸管道中可能存在間距的問題，如果使用較薄的墊片，并且一個(gè)管線上有許多個(gè)法蘭，在后一個(gè)法蘭間就會(huì)有一個(gè)大的空隙。
墊片材料的類型和允許的壓縮載荷也會(huì)影響密封特定法蘭連接的墊片厚度。在ASTM F36標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試下，具有較高壓縮率的墊片相比較低壓縮率的墊片，就不需要同樣的墊片度厚，因?yàn)橐粋€(gè)更容易壓縮的墊片不需要那么厚，就可以適應(yīng)法蘭的缺陷。
我們總是被要求密封有缺陷的法蘭。這通常可以通過對(duì)選擇墊片材料的型號(hào)和厚度時(shí)，仔細(xì)考慮應(yīng)用工況的所有變量來實(shí)現(xiàn)。但是，有時(shí)法蘭或螺栓的缺陷并不完全是可以通過墊片來彌補(bǔ)的。同樣的，法蘭連接系統(tǒng)正確的安裝也是至關(guān)重要的。
