（不銹鋼內(nèi)外環(huán)纏繞墊應(yīng)用）

當(dāng)外壓力超過一定值時(shí)，由鋼帶圍成的鋼帶圈猶如薄壁容器受過分外壓力作用而失去穩(wěn)定性，局部地方向內(nèi)凹陷，使墊片發(fā)生損壞，導(dǎo)致密封失效。壓緊力越高，墊片尺寸越大就越容易發(fā)生“壓潰”。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查看，不少用于冷換設(shè)備的纏繞式墊片經(jīng)使用后拆開法蘭時(shí)發(fā)現(xiàn)墊片已被壓“散架”或“壓潰”，因而泄漏往往就從這些部位發(fā)生。因此為了克服其“散架”和“壓潰”的缺陷，可在纏繞墊的內(nèi)外徑處加裝內(nèi)、外加強(qiáng)環(huán)，做成帶內(nèi)環(huán)、外環(huán)或內(nèi)外環(huán)的纏繞墊。

V 型金屬纏繞墊片由金屬(定型 V 型)和帶狀非金屬材料(柔性石墨或其他非金屬材料)交替纏繞復(fù)合制成 ,不僅具有鋼帶良好的抗壓縮和回彈性能 , 而且具有非金屬帶狀材料優(yōu)良的密封性能, 由此在石油、化工及航空航天等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但此類墊片在制造及使用方面仍存在著一些問題,需要進(jìn)一步研究。文中通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究, 其結(jié)論對(duì)此纏繞墊片的制造及使用具有一定的指導(dǎo)意義。

（不銹鋼內(nèi)外環(huán)纏繞墊應(yīng)用）1壓縮回彈性能試驗(yàn)

1.1  試驗(yàn)條件
試驗(yàn)墊片為 V 型金屬纏繞墊片, 試驗(yàn)溫度為常溫,高試驗(yàn)應(yīng)力為 30 MPa 。試驗(yàn)裝置為自動(dòng)剛性試驗(yàn)裝置 ,試驗(yàn)法蘭為剛性法蘭,按文獻(xiàn)[ 1] , 墊片技術(shù)要求及試驗(yàn)方法應(yīng)符合 GB 4622 .3—93《纏繞式墊片技術(shù)條件》規(guī)定。 

1.2 試驗(yàn)曲線分析
采用專門的程序?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄 ,試驗(yàn)可得到應(yīng)力-變形曲線,。圖 1 中橫坐標(biāo) δ 為壓縮變形量,縱坐標(biāo) σ為試驗(yàn)應(yīng)力。由圖 1 可以看出, 曲線起點(diǎn)距離原點(diǎn)有一定的距離,這是為了使位移傳感器更加靈敏而在試驗(yàn)開始時(shí)人為的讓其具有一定位移量的結(jié)果。此外, 從此曲線中還可以看到一些多余的分支, 這是由于計(jì)算機(jī)反應(yīng)較慢,使位移傳感器和壓力傳感器的信號(hào)不匹配或人為的加壓不穩(wěn)定所致, 但是其顯示的墊片應(yīng)力-變形關(guān)系的總體趨勢(shì)是有規(guī)律的。加載曲線較平緩,說明墊片抗變形能力差,壓縮性較好。卸載曲線前期幾乎是平行于縱軸的直線, 只是到了末期 ,斜率很快減小 ,說明在低應(yīng)力下, 回彈量增加 ,墊片回彈性好。

2數(shù)值模擬計(jì)算

2 .1  模擬計(jì)算
由于 V 型金屬纏繞墊片可以看作是一截面繞一軸線旋轉(zhuǎn)而成 ,在其任意截面上的受力情況可近似認(rèn)為相同, 故可將其簡(jiǎn)化為平面問題進(jìn)行分析。在建模時(shí)可取其中的一截面作為分析模型, 鑒于建模簡(jiǎn)單, 分別建立 V 型角度為 60°、90°、120°且墊片厚度和有效寬度相同的 3 個(gè)模型, 見圖 2 ～ 圖 4 。3 個(gè)模型在單元類型、材料屬性、約束載荷方面都是相同的。其單元類型均采用 plane42 , 材料為劃分采用自由劃分 ,模型下表面沿 y 方向固定, 上表面的位移耦合, 且上表面 y 向施加軸向載荷產(chǎn)生的應(yīng)力為 30 MPa 。

2 .2  結(jié)果分析
V 型角度為 60°、90°、120°時(shí), V 型金屬纏繞墊片受力后的應(yīng)力區(qū)域分布情況見圖 5 ～ 圖 7 。
從圖5 可知,V 型角度為 60°的墊片大應(yīng)力值為57 .1 M Pa , 出現(xiàn)在墊片外側(cè)上邊緣的 MX 處;小應(yīng)力值為 7 .43 M Pa ,且出現(xiàn)在墊片內(nèi)外兩側(cè)突出的尖角上(M N 處)。從圖 6 可以看到, 墊片應(yīng)力的分布規(guī)律大致與圖 5 相同 ,墊片大應(yīng)力值為 54 .8 M Pa , 出現(xiàn)在墊片外側(cè)下邊緣的 MX 處;小應(yīng)力值為9 .30 MPa , 出現(xiàn)在墊片內(nèi)外兩側(cè)突出的尖角上。只是墊片V 型角度為 90°時(shí)的小應(yīng)力的分布范圍相對(duì) 60°時(shí)的有所縮小。大應(yīng)力出現(xiàn)在墊片外側(cè)下邊緣的尖角處,且墊片內(nèi)應(yīng)力分布比 V 型角度為 60°時(shí)均勻穩(wěn)定,應(yīng)力有所降低。從圖 7 可知 ,墊片的大應(yīng)力值為 64 .3 M Pa , 出現(xiàn)在墊片外側(cè)上、下邊緣的尖角處;小應(yīng)力值為 9 .80 MPa , 且出現(xiàn)在墊片內(nèi)外兩側(cè)突出的尖角上 。相比以上 2 個(gè)角度 ,此時(shí)小應(yīng)力的分布范圍進(jìn)一步縮小,大應(yīng)力出現(xiàn)在墊片外側(cè)上、下邊緣的尖角處,墊片內(nèi)應(yīng)力分布趨于穩(wěn)定 ,應(yīng)力進(jìn)一步降低。由此可以看出,隨著 V 型角度的逐漸增大 ,墊片大、小應(yīng)力出現(xiàn)的范圍逐漸減小 , 內(nèi)部的應(yīng)力分布趨于均勻。此外, 還可以看出在纏繞墊片的外側(cè)后一圈尖角處容易出現(xiàn)大應(yīng)力集中現(xiàn)象, 因此, 一定要加強(qiáng)墊片的制作環(huán)節(jié), 在其后一圈纏繞時(shí)一定要嚴(yán),點(diǎn)焊要牢固。