平垫片密封原理与设计

垫片密封的原理和结构垫片密封是一种常用且重要的密封方式，其原理和结构是指在连接两个或多个零件的接合面上使用一块或多块薄片材料来填充接合面间的缝隙，以达到防止介质泄漏、防止其他物质进入接合面的效果。

垫片密封可用于各种静态密封和动态密封场合，广泛应用于机械工程、航空航天、汽车、石油、化工、船舶等领域。

垫片密封的原理基于两个基本前提：一是使用适当的材料，能够在接触的两个件之间形成密封，并且能够具备一定的压缩性和回弹性；二是通过施加适当的预紧力，使垫片被压缩，填充接合面之间的缝隙，从而达到防止介质泄漏或其他物质进入接合面的目的。

垫片的材料种类繁多，常见的材料包括橡胶、塑料、金属、复合材料等。

选用合适的垫片材料要考虑介质的性质、工作温度、压力等因素，以确保垫片在使用过程中能达到良好的密封效果。

不同的垫片材料具有不同的密封性能，如橡胶垫片具有较好的弹性和耐腐蚀性能，金属垫片则具有较好的耐高温和耐压性能。

垫片的结构也因应用场合的不同而有所变化。

一般来说，垫片的结构包括外形与尺寸、形状和截面形状等几个方面。

垫片的外形与尺寸与连接的零件形状和尺寸相对应，以确保垫片能够完全覆盖接合面并填充缝隙。

垫片的形状因应用场合的不同而不同，常见的形状有平面、椭圆、楔形、环形等。

垫片的截面形状也根据不同情况选择，有O形、U形、V形、四方形等。

选择合适的垫片结构可以提高密封效果，减少泄漏和损坏。

垫片密封的安装通常需要预紧力。

预紧力是通过螺栓、螺母或其他连接件施加到垫片上的力量，使垫片被压缩并填充接合面之间的缝隙。

预紧力的大小应根据实际情况选择，过大容易导致垫片变形甚至破裂，过小则可能无法达到良好的密封效果。

在安装过程中，通常需要按照一定的预紧力规范施加预紧力，或者通过试验和经验来确定预紧力的大小。

尽管垫片密封是一种常见的密封方式，但其性能也存在一些局限性。

首先，由于压缩力的存在，垫片会在一定程度上变形，而且随着时间的推移，垫片的性能也会发生变化。

法兰用密封垫片垫片密封的基本概念一、垫片密封机理泄漏——即介质从有限空间内部流到外部，或从外部进入有限空间内部的人们不希望发生的现象。

介质流动通过内外空间的交界面即密封面发生泄漏。

造成泄漏的根本原因是由于接触面上存在间隙，而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。

由于密封面的形式及加工精度等因素的影响，密封面上存在间隙在所难免，这就造成密封面不完全吻合，从而发生泄漏。

要减少泄漏，就必须使接触面最大程度地嵌合，即减小泄漏通道的截面积、增加泄漏阻力，并使之大于泄漏推动力。

对密封面施加压紧载荷，以产生压紧拉力，可提高密封面的接触程度，当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形时，就可填补密封面的间隙，堵塞泄漏通道。

使用垫片的目的就是利用垫片材料在压紧载荷的作用下较容易产生塑性变形的特性，使之填平法兰密封面的微小凹凸不平，从而实现密封。

二、垫片密封的泄漏形式1、界面泄漏2、渗透泄漏“界面泄漏”与“渗透泄漏”三、影响垫片密封连接，导致泄漏的主要因素1、气体的泄漏率大于液体的泄漏率，黏度小，泄漏率大。

2、工况的影响：介质的压力、温度等①介质两侧的压力差越大，介质就越易克服泄漏通道的阻力，泄漏就越容易；②垫片的弹、塑性变形量均随温度升高而增大，而回弹性能随温度升高而下降，蠕变量则随温度的升高而增大。

且随着温度的升高，垫片的老化、失重、蠕变、松弛现象就会越来越严重。

此外，随着温度的升高，液体的黏度降低，而气体的黏度增加。

温度越高，泄漏越容易发生。

3、法兰表面粗糙度的影响通常表面粗糙度越小，泄漏量越小。

这主要是由于粗糙度小的密封表面，其凹凸不平易被填平，从而使得界面泄漏大为减少。

4、垫片压紧应力的影响垫片上的压紧力越大，其变形量就越大。

垫片的变性一方面有效地填补了法兰表面的不平度，使得界面泄漏大为减少；另一方面使得垫片本身内部毛细孔被压缩，泄漏通道的截面减小，泄漏阻力增加，从而泄漏率大大减小。

但如果垫片的压紧应力过大，则易将垫片压溃，从而失去回弹能力，无法补偿由于温度、压力引起的法兰面的分离，导致泄漏率急剧增大。

垫片基础知识一、基本概念1.垫片密封原理：垫片密封是靠外力压紧密封垫片，使其本身发生弹性或塑性变形，以填满密封面上的微观凹凸不平来实现。

也就是利用密封面上的比压使介质通过密封面的阻力大于密封面两侧的介质压力差来实现密封。

2.垫片密封的泄漏有二种：渗透泄漏与界面泄漏渗透泄漏(垫片中间泄露)：对非金属材料而言，从材料的微观结构看，本身存在微小缝隙和细微的毛细管。

具有一定压力的流体自然容易通过它们泄漏出来，此泄漏称为渗透泄漏，其泄漏量约占总泄漏量的10～20％。

可以采用不同材料的复合或机械组合型式形成不渗透性的结构。

或者使用较大的压紧力使材料更加密实，减少以至消除泄漏。

界面泄漏(两连接面泄露)：两连接表面（即密封面）从机械加工的微观纹理来看存在粗糙度和变形，它们与垫片之间总存在泄漏通道，由此产生的泄漏叫界面泄漏，其泄漏量约占总泄漏量的80～90％。

界面泄漏与垫片材料的性质、接头的机械性质与状态、密封流淌的特性以及紧固件的夹紧程度有关。

总结:要少泄露,首先垫片要“夹紧”，同时要求垫片有一定的“回弹力”以回弹填满空隙，否则也不行。

回弹力取决于垫片本身的材质和结构及使用条件（温度、压力）。

垫片夹紧后（初始密封），在介质压力作用下（垫片内侧直接和介质接触）的密封叫工作密封。

从理论上说，预紧应力愈大，垫片中贮存的弹性应变能也愈大，因而可用于补偿分离或松弛的余地也就愈大，当然要以密封材料本身最大弹性变形能力为极限。

紧固件因受热引起应力松弛、垫片老化弹性下降，垫片长期受压等原因都可能导致“昨天不漏今天漏”。

二、钢制管法兰用垫片标记根据现行国家标准《钢制管法兰、垫片、紧固件》（HG/T 20592～20635-2009）的要求，钢制管法兰用垫片（PN系列）标记规定如下：其中：a为标准编号1、HG/T 20606-2009 钢制管法兰用非金属平垫片（PN系列）；2、 HG/T 20607-2009 钢制管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片（PN系列）；3、HG/T 20609-2009 钢制管法兰用金属包覆垫片（PN系列）；4、HG/T 20610-2009 钢制管法兰用缠绕式垫片（PN系列）；5、 HG/T 20611-2009 钢制管法兰具有覆盖层的齿形组合垫（PN系列）；6、HG/T 20612-2009 钢制管法兰非金属环形垫（PN系列）。

垫片密封的原理
垫片密封是通过压缩垫片材料来阻止液体或气体的泄漏。

其原理基于两个核心要素：压缩和弹性变形。

1. 压缩：当两个相对运动的部件之间存在微小的间隙时，垫片被放置在间隙中。

当这些部件被固定在一起时，螺纹或螺母等外部力将施加压力在垫片上。

2. 弹性变形：垫片通常由柔性材料制成，例如橡胶、塑料或金属。

当垫片受到压力时，它会变形并填充间隙。

这种变形导致垫片与部件之间形成密封界面，阻止了液体或气体的泄漏。

压缩和弹性变形之间的平衡非常重要。

过度压缩垫片可能导致材料过度变形或破裂，从而造成泄漏。

另一方面，如果垫片没有充分地压缩，间隙可能允许液体或气体泄漏。

因此，垫片的选择非常关键。

不同的应用需要不同类型和厚度的垫片材料。

例如，高压和高温环境通常需要坚固的金属垫片，而较低压力或温度环境则可以使用橡胶或塑料垫片。

总之，垫片密封的原理基于压缩和弹性变形，通过将垫片放置在部件间隙中，并施加压力，有效地阻止了液体或气体泄漏。

垫片密封原理垫片密封是一种常见的密封方式，它通过在两个连接部件之间加入弹性材料来实现密封效果。

在工程实践中，垫片密封被广泛应用于各种机械设备和管道连接中，其密封原理和使用方法对于保证设备的正常运行和减少泄漏问题具有重要意义。

垫片的密封原理主要包括以下几个方面：1. 弹性变形原理。

垫片一般由金属或非金属材料制成，具有一定的弹性。

在安装过程中，垫片被夹在两个连接部件之间，当受到外部压力时，垫片会发生弹性变形，填充连接部件之间的不平整表面，从而形成密封。

2. 压力传递原理。

垫片在受到外部压力后，会将部分压力传递到连接部件上，使其产生变形，填补连接部件之间的间隙，从而实现密封。

这种压力传递原理有效地阻止了介质的泄漏，保证了设备的正常运行。

3. 表面适应原理。

由于连接部件表面的加工粗糙度不同，垫片能够根据连接部件表面的不平整程度进行适应性填充，从而形成有效的密封。

这种表面适应原理使垫片密封在不同工况下都能够保持较好的密封性能。

4. 密封材料选择原理。

垫片的密封性能与密封材料的选择密切相关。

不同的介质和工作条件需要选择不同材质的垫片，如橡胶、金属、塑料等，以保证其密封效果和使用寿命。

在实际应用中，垫片密封需要注意以下几点：1. 安装前应检查连接部件表面的平整度和清洁度，确保垫片能够完全贴合连接部件表面。

2. 根据工作条件选择合适的垫片材料和规格，以保证其密封性能和耐用性。

3. 在安装过程中，均匀施加压力，避免过大或过小的压力导致垫片密封不严或者变形。

4. 定期检查垫片的使用情况，及时更换老化或损坏的垫片，以保证设备的正常运行和安全生产。

总之，垫片密封原理是一种简单而有效的密封方式，通过弹性变形、压力传递和表面适应等原理，能够实现可靠的密封效果。

在实际应用中，正确选择和安装垫片，定期检查和维护，能够有效预防泄漏问题，保证设备的正常运行。

垫片的工作原理
垫片是一种广泛应用于机械设备中的密封元件。

它通常由柔软的材料制成，例如橡胶、塑料或金属。

垫片的工作原理是通过将两个连接的表面之间插入垫片，形成一个密封，以防止流体或气体的泄漏。

当两个连接的表面之间存在缝隙时，垫片被放置在缝隙中。

随着两个表面的紧密接触，垫片会被挤压和变形，填充缝隙，从而形成密封。

垫片的压缩变形产生扭转力，这些力使垫片与连接表面之间产生摩擦，从而增加密封效果。

垫片的密封性能取决于材料的选择和垫片的设计。

不同的材料具有不同的弹性和耐磨性，可以针对不同的应用场景选择合适的材料。

此外，垫片的形状和厚度也会影响其密封性能。

设计工程师需要仔细考虑材料的选用和垫片的尺寸，以确保垫片能够有效地阻止泄漏。

垫片具有许多优点，例如简单可靠、成本低廉和易于安装。

它们广泛应用于各种行业中，包括汽车工业、航空航天、化工和制药等。

无论是在高压环境下还是在低温条件下，垫片都可以提供稳定和可靠的密封效果。

综上所述，垫片通过在连接表面之间形成密封，防止流体或气体泄漏。

它们的工作原理是依靠垫片的压缩变形和摩擦力，以确保有效的密封性能。

垫片的材料选择和设计都是确保垫片具有良好密封性能的重要因素。

1、垫片密封的基本概念垫片密封是工业装置中压力容器、工艺设备、动力机器和连接管道等可拆连接处最主要的密封结构形式，它通常由法兰、垫片及连接螺栓、螺母组成，总称法兰密封接头。

法兰密封接头的结构形式见下图：法兰密封接头的结构形式。

1-螺母 2—法兰 3—垫片 4-螺栓2、垫片密封机理泄漏就是介质从有限空间内部流到外部，或从外部进入有限空间内部的人们不希望发生的现象。

介质流动通过内外空间的交界面，即密封面发生泄漏。

产生泄漏的根本原因是接触面存在间隙，而接触面两侧的压力差、浓度差则是泄漏的推动力。

由于密封面的形式及加工精度等因素的影响，导致密封面不完全吻合，即密封面上会出现间隙，从而发生泄漏。

要减少泄漏，就必须使接触面最大限度地嵌合，即减少泄漏通道的横截面积、增加泄漏阻力，使之大于泄漏推动力。

对密封面施加压紧载荷可以产生压紧应力，提高密封面的接触程度，当应力增大到足以引起表面产生明显的塑性变形时，就可以填补密封面的间隙，以堵塞泄漏通道。

采用垫片的目的就是借助垫片材料在压紧载荷的作用下较容易产生塑性变形的特性，使之填平法兰密封面的微小凹凸不平，从而实现密封。

在法兰密封接头中，压紧垫片的力使垫片材料产生变形，从而填满法兰密封面间的微间隙。

3、垫片密封连接的泄漏形式在法兰密封接头中，垫片是主要的密封元件。

对于非金属垫片，连接的密封是通过拧紧螺栓，造成法兰与垫片接触表面及垫片内部较大的压紧应力，一方面使垫片表面与法兰表面紧密贴合，填满法兰表面的微间隙，另一方面减小垫片材料的孔隙率，即减小被密封流体的泄漏通道。

由于任何加工方法都不可能形成绝对光滑的理想表面，也不可能实现密封面间的完全嵌合以及密封件本身孔隙的完全阻塞，所以在相互接触的密封面间和密封件的内部总是存在着微小的间隙或通道。

因而，对于垫片密封来说，泄漏总是不可避免的。

当介质以一定的压力通过螺栓-法兰连接时，总会在密封点处出现泄漏。

分析这种现象可以发现，泄漏是以两种形式出现的，即“界面泄漏”和“渗透泄漏”，如下图“界面泄漏”与“渗透泄漏”所示界面泄漏：垫片压紧应力不足，法兰密封面粗糙，管道的热变形、机械变形以及振动等都会造成垫片与法兰密封面之间贴合不严而发生泄漏。

内压自紧式平垫密封结构的设计摘要本文叙述了内压自紧式平垫密封结构可以充分利用内压的作用载荷、而使主螺栓的数量可大大减少及直径亦可缩小；其密封结构紧凑与有效。

本文同时分析了不同材质平垫片的密封机理、功能特点及其各自优缺点。

关键词平垫密封1 前言内压自紧式平垫密封结构是众多密封结构中很具特点的密封结构之一。

它的主要特点是由几个（一般为2个或4个主螺栓）主螺栓解决密封垫片的初密封之后，随着内压的升高、垫片所受的载荷力也随着升高。

它不需要强制密封或半强制密封（例如：平垫密封、双锥密封等结构）在计算螺栓载荷力时，需考虑二种载荷。

首先计算抵抗设计压力作用下、所需螺栓载荷：F=0.785D G2P C，（N）其次还应加上在操作工况下、密封面还剩有保证密封所需要的最小密封比压的计算螺栓载荷：F P=6.28DG bmP C，（N）在高压容器中，予紧状态下需要的最小螺栓载荷：W a=F a=3.14D G by，（N）远比在操作工况下需要的载荷：W P=F+F P=0.785D G2P C+6.28D G bmP C，（N）要小得多。

因此，按DN400mm的人孔考虑，仅用4个M42×4的主螺栓就可以了。

与强制密封相比主螺栓直径小且数量少。

内压自紧式平垫密封结构在不少高压容器的人孔上得到较高频度的采用。

例如：高压汽包、高压蓄势器、高压给水加热器等设备上的人孔，大多采用此种密封结构。

2 内压自紧式平垫密封结构的设计目前设计中采用的平垫片材质有二种: (1)纯铝（L2）实心平垫片；（2）不锈钢加柔性石墨的缠绕式金属平垫片。

现按此二种密封材质在密封设计中的有关考虑叙述如下——2.1 纯铝（L2）实心平垫片：在本密封结构中、虽然初密封的予紧载荷不大，但内压作用下的轴向压紧力很大。

例如，设计压力为21MPa的高压蓄势器人孔之轴向压紧载荷约为290t左右，若设计压力为33Mpa 的高压蓄势器人孔之轴向压紧载荷则高达460t左右。

垫片的工作原理
垫片是一种常用于密封和补偿不平之处的装置，它常用于管道、阀门、泵和其他机械装置中。

垫片的工作原理主要基于其材料的弹性以及其安装的方式。

垫片的工作原理可以归结为以下几个方面：
1. 密封作用：垫片可以填补两个接合面之间的不平或间隙，使两个接合面之间形成紧密的密封。

它可以防止流体或气体从接合面之间泄漏，避免外部物质的侵入或内部物质的泄露。

2. 弹性变形：垫片通常由可塑性和可压缩性的材料制成，如橡胶、聚四氟乙烯、石棉等。

当两个接合面施加压力时，垫片会发生弹性变形，填补并适应两个接合面的不平，从而实现良好的密封效果。

3. 补偿不平：由于连接部件或接合面的加工精度或使用过程中的变形，接合面之间常常存在不平，这会导致密封不可靠或漏气。

垫片可以通过填补接合面之间的不平，达到补偿不平的效果，确保密封的可靠性。

4. 耐腐蚀性：垫片通常需要在各种恶劣环境条件下使用，如高温、高压、腐蚀等。

因此，垫片的工作原理还包括对化学品、腐蚀性物质和高温高压等条件的抵抗和耐久性。

总的来说，垫片通过其材料的弹性变形和填补两个接合面之间的不平，实现了有效的密封和补偿作用。

不同类型和材料的垫
片具有不同的工作原理，因此在选择和使用时，需要根据具体应用需求进行综合考虑。

垫片密封原理垫片密封是一种常见的密封方式，广泛应用于各种机械设备和工业领域。

垫片密封的原理是利用垫片在受压时产生变形，填补连接面间的缝隙，从而实现密封效果。

在实际工程中，垫片密封具有简单、经济、易于安装和更换的优点，因此受到了广泛的重视和应用。

垫片密封的原理主要包括以下几个方面：1. 压缩变形原理。

垫片在安装时会受到一定的压力，从而产生压缩变形。

当垫片受到压缩力时，其厚度会发生变化，使得垫片填补连接面的缝隙，从而实现密封效果。

这种压缩变形的原理是垫片密封的基础，也是其实现密封的关键。

2. 弹性恢复原理。

除了压缩变形外，垫片还具有一定的弹性。

当外力作用停止后，垫片会根据其弹性特性恢复原状，从而保持密封状态。

这种弹性恢复的原理使得垫片密封具有一定的耐用性和稳定性，能够长期保持密封效果。

3. 材料选择原理。

垫片的密封效果与其材料的选择密不可分。

不同的工作环境和介质要求不同的垫片材料，如金属垫片、非金属垫片、橡胶垫片等。

材料的选择要考虑其耐压性、耐磨性、耐腐蚀性等特性，以确保垫片在实际工作中能够发挥最佳的密封效果。

4. 表面处理原理。

连接面的表面处理对垫片密封效果也有很大影响。

连接面的平整度、光洁度和表面粗糙度都会影响垫片的密封效果。

在实际工程中，通常会对连接面进行研磨、打磨、抛光等处理，以提高连接面的密封性能，确保垫片能够正常工作。

总的来说，垫片密封的原理是利用垫片的压缩变形和弹性恢复特性，填补连接面的缝隙，实现密封效果。

在实际应用中，还需要考虑材料选择和连接面的表面处理等因素，以确保垫片密封能够稳定、耐用地工作。

垫片密封作为一种简单、经济、有效的密封方式，在各种机械设备和工业领域都有着重要的应用和推广前景。

内压自紧式平垫密封结构的设计内压自紧式平垫密封结构的设计摘要本文叙述了内压自紧式平垫密封结构可以充分利用内压的作用载荷、而使主螺栓的数量可大大减少及直径亦可缩小；其密封结构紧凑与有效。

本文同时分析了不同材质平垫片的密封机理、功能特点及其各自优缺点。

关键词平垫密封1 前言内压自紧式平垫密封结构是众多密封结构中很具特点的密封结构之一。

它的主要特点是由几个（一般为2个或4个主螺栓）主螺栓解决密封垫片的初密封之后，随着内压的升高、垫片所受的载荷力也随着升高。

它不需要强制密封或半强制密封（例如：平垫密封、双锥密封等结构）在计算螺栓载荷力时，需考虑二种载荷。

首先计算抵抗设计压力作用下、所需螺栓载荷：F=0.785D G2P C，（N）其次还应加上在操作工况下、密封面还剩有保证密封所需要的最小密封比压的计算螺栓载荷：F P=6.28DG bmP C，（N）在高压容器中，予紧状态下需要的最小螺栓载荷：W a=F a=3.14D G by，（N）远比在操作工况下需要的载荷：W P=F+F P=0.785D G2P C+6.28D G bmP C，（N）要小得多。

因此，按DN400mm的人孔考虑，仅用4个M42×4的主螺栓就可以了。

与强制密封相比主螺栓直径小且数量少。

内压自紧式平垫密封结构在不少高压容器的人孔上得到较高频度的采用。

例如：高压汽包、高压蓄势器、高压给水加热器等设备上的人孔，大多采用此种密封结构。

2 内压自紧式平垫密封结构的设计目前设计中采用的平垫片材质有二种: (1)纯铝（L2）实心平垫片；（2）不锈钢加柔性石墨的缠绕式金属平垫片。

现按此二种密封材质在密封设计中的有关考虑叙述如下——2.1 纯铝（L2）实心平垫片：在本密封结构中、虽然初密封的予紧载荷不大，但内压作用下的轴向压紧力很大。

例如，设计压力为21MPa的高压蓄势器人孔之轴向压紧载荷约为290t左右，若设计压力为33Mpa 的高压蓄势器人孔之轴向压紧载荷则高达460t左右。

4平垫密封
高压密封按其工作原理分为强制密封和自紧密封两大类。

强制密封是依靠联接件（螺栓）的预紧力保证容器的顶盖、密封元件和圆筒体端部之间具有一定的接触压力，以达到密封的目的。

自紧密封是随容器内的操作压力增加，密封元件与顶盖，圆筒体端部之间的接触压力也随之增加，依此实现密封作用。

这种密封的特点是压力愈高，密封元件在接触面间的压紧力就愈大，密封性能也就愈好。

操作条件波动时，密封仍然可靠。

但是结构比较复杂，制造较困难。

自紧密封按密封元件变形方式还可分轴向自紧密封和径向自紧密封。

按密封材料性质高压密封又可分为塑性密封和弹性密封。

塑性密封将使密封元件发生塑性变形，弹性密封使密封元件产生弹性变形。

压力容器常用的密封形式有如下几种：①强制密封有平垫密封，卡扎里密封和八角垫密封；
②半自紧密封有双锥密封；③自紧密封有楔形密封，楔形垫组合密封（又称伍德密封），空心金属O形环密封，C形环密封，B形环密封，三角垫密封，八角垫密封和平垫自紧密封。

1 平垫密封
平垫密封的结构见图29.10-1，顶盖和筒体端部的密封面上均有三条三角环形沟槽。

平垫密封结构简单，加工方便，使用成熟，在直径小，压力不太高的场合密封可靠，但当结构尺寸大压力高时，螺栓尺寸也大，结构笨重、装拆不便，每次检修都得更换垫片，一般适用于温度不高，压力及温度波动不大的中、小型高压设备上，具有使用范围见表29.10-1。

图29.10-1 平垫密封结构
1—主螺母；2—垫圈；3—顶盖；4—主螺栓；5—筒体端部；6—平垫片
密封的结构尺寸见图29.10-2及表29.10-2。

图29.10-2 密封结构尺寸注：括号内表示配合公差。