选择焊接金属波纹管密封之前要知道的7件事

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所属分类:密封百科
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焊接金属波纹管密封件是一种核心密封技术,由于其用途扩展到了各种创新的密封技术,例如高温、非接触式气体润滑和耐腐蚀密封件,安装量急剧增长。这在石油天然气及化学工业中尤为重要,因为极端温度工况将使液体从一个区域泵送到另一个区域变得很复杂。

不同的因素和产品特性将影响整体密封效果,只有了解了这些差异,工厂才能为应用工况选择最合适的解决方案。

焊接金属波纹管密封件是通过将圆盘状的板冲压成特定的轮廓形状,并在其内径处成对焊接以形成波纹管的各个褶皱的过程制成的。然后将一系列的旋圈堆叠并焊接在外径上,以形成波纹管囊。合适的端部配件可完成组装。

图1:带有柔性石墨二级密封的高温焊接金属波纹管组件。

焊接金属波纹管组件(图1)具有以下特点:

充当弹簧以将主要密封面保持在一起

充当动态密封

密封圈旋转面的紧定螺丝环传递扭矩

焊接波纹管具有特定的优势,包括:

强度高,可承受高压

宽广的工作温度范围

精确的设计和性能特征

低弹簧刚度(将波纹管压缩到给定距离所需的力大小)

关键区域压力低

允许最佳的板形设计——减少波纹

只有一个运动部件

静态二级密封

确定边缘焊接金属波纹管密封件最适合您的应用并不是选择过程的终点。区别波纹管的特征包括板的形状和厚度,振动属性,双层或单层,面角等,所有这些都会影响产品的有效果。

用户应了解这些差异,以便选择最合适的密封解决方案及其对密封可靠性,平均维修时间,标准化库存,逃逸排放控制和节水的影响。

以下是焊接金属波纹管的七个主要差异和特征。

1.平板形状

板的形状会影响弯曲,行程和操作长度。在嵌套波纹结构中,波纹管中的所有板都是相同的,其轮廓可以在压缩时嵌套。

轮廓线还提高了承受高压的能力。嵌套波纹板形状还可以更有效地实现最大挠曲,长行程(轴向运动),短操作长度和低弹簧刚度。圆弧半径被优化为跨度的20%至25%(图2),并且可以防止被称为油罐装的现象,在这种情况下,压紧油罐底部时,板的进/出膨胀就会发生。每个卷积都由一个凸形和凹形板组成,这使得密封件可以设计成具有较短的轴向空间。

图2:三圆弧设计优化了应力分布,从而提高了抗疲劳断裂性。倾斜的波纹管轴线将弯曲应力分布在焊缝之外,并通过圆弧半径分布。

2.角度

对于具有平直段的波纹管,热影响区细微结构的变化会导致焊接接头的可靠性降低。通过使用线性薄壳理论的分析,结果表明,倾斜波纹管轴现可以大大降低焊接处和热影响区的应力。分析表明,焊缝处的应力主要是弯曲应力,但倾斜角度越大,弯曲应力越小。这一设计原则在一个独立的政府资助机构进行的理论和实证研究中也得到了充分的证明,并得到了实验验证。当倾斜角度为45°时,弯曲应力将从焊接热影响区引开。这就产生了板的刚度,增加了可靠性,减少了疲劳。

3.焊接完整性

采用最先进的制造工艺来制造波纹管,通过防止焊缝几何形状、焊缝厚度和防滚翻控制产生过大的根部间隙来确保焊缝的完整性(图3),是非常重要的。

确保使用氦质谱仪和真空度测试(10-6 Torr)检查波纹管装置的密封性能。利用氦质谱法,密封内部被抽真空,并被氦覆盖。传感探头会立即检测到气体的痕迹,这些气体随后会穿透焊缝中的裂缝或材料缺陷,从而拒绝密封。

图3:通过防止根部间隙过大、焊缝几何形状、焊缝厚度和防滚翻控制来确保焊道的完整性。

4.板厚(薄板)

薄板可提供较低的弹簧刚度,从而降低端面载荷,减少单位载荷,减少热量产生并延长密封寿命。较厚的波纹管板具有较高的弹簧刚度,并且更容易受到金属疲劳的影响。板在挠曲过程中反复发生塑性变形(超出其塑性极限)会导致疲劳并大大缩短密封寿命。增加板材厚度,尽管更易于焊接,但会显著增加其刚度和波纹管的弹性系数。

高的弹簧刚度是不可取的,因为密封面载荷的显着变化而密封件的工作长度只有很小的变化。这会导致过大的闭合力,进而导致密封面之间的润滑膜损失,表面过热,并最终导致密封失效。这在高温和润滑不良的环境中尤其重要。具有高弹簧刚度的波纹管也无法补偿安装问题,轴运动,叶轮调节,泵端游隙,由于热量而导致的轴增长以及密封面的逐渐磨损。较薄的板较难制造,这就是为什么许多制造商被迫使用较厚的板。

5.控制振动

并非行业中所有的风箱都装有减振器,这有助于防止由于空转引起的谐波振动而造成的任何潜在损害。但是,减振器是理想的。在某些密封设计中,减振垫是一种内置设计功能,可以在需要时提供保护,以防止潜在的破坏性振动。

6.双层波纹管

双层波纹管可产生强度和柔韧性,而不会产生厚度。双层波纹管通常用于较高压力的应用中,并经常用于对流体敏感或倾向于在需要更多启动扭矩强度的密封面上凝结并固化的应用中(图4) 。双层设计原理类似于轻型卡车和拖车中使用的板簧。由单个且厚的金属构件组成的弹簧具有支撑负载所需的强度,因此弹簧会变得太硬。但是,当通过使用单独的,分别弯曲的薄叶片元件的“堆栈”获得强度时,弹簧刚度完全在期望的限制内。同样,双层波纹管的弹簧刚度明显低于板厚两倍的单层波纹管。

图4:与厚度为2倍的单层板相比,双层金属波纹管的弹簧刚度低得多。此波纹管类型用于高压应用。

7.压力和密封平衡

在选定金属波纹管密封之前,需要确定与温度,速度和密封流体的润滑性相关的工况所需的额定压力等级,并确定密封是否能够承受反向压力,尤其是在双压力下密封布置。大多数标准波纹管密封件通常平衡到大约70/30的比例。这意味着70%的表面接触面积高于有效直径。最近,已设计出50%平衡的波纹管密封件,以处理内径(ID)和外径(OD)压力。对半平衡密封件能够承受反向压力,这种反向压力是双重密封操作中可能发生的不正常状态。

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