一种空冷管束密封垫片及其密封组件的制作方法

1.本实用新型涉及密封结构技术领域，特别是一种空冷管束密封垫片及其密封组件。


背景技术：

2.空冷换热器是一种水冷设备的替代产品，以环境空气为冷却介质将管束内高温工艺流体冷却至设定温度，在石化行业已应用多年，空冷管束密封形式采用丝堵孔密封，丝堵板与丝堵之间设置密封垫片，常用的密封垫片包括金属硬垫片和非金属弹性垫片，其中金属材质的硬垫片包括铜垫片、不锈钢垫片、铁垫片、铝垫片，非金属材质的弹性垫片包括石棉垫片、非石棉垫片、纸垫片、橡胶垫片、石墨垫片。
3.为了满足空冷器的密封要求，常采用金属硬垫片作为密封垫片，能够适应高温、高压、高腐蚀工况，具有高强度和高硬度的特点，但是其回弹性较差，金属对金属接触密封性差，需要很大的压紧力，且对加工精度和安装精度要求较高。
4.所以，目前需要一种技术方案，以解决金属材质的垫片质地较硬，密封性能较差，安装过程中需要较大的压紧力，而且对加工精度和安装精度要求较高的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在金属材质的垫片质地较硬，密封性能较差，安装过程中需要较大的压紧力，而且对加工精度和安装精度要求较高的技术问题，提供一种空冷管束密封垫片及其密封组件。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
7.一种空冷管束密封垫片，包括环体和弹性环，所述环体上设有环形槽，所述弹性环嵌套设置在所述环形槽内，所述环体为金属材质结构件，所述弹性环为弹性材质结构件。
8.本实用新型一种空冷管束密封垫片，环体由金属材质制成，具有较高的强度和硬度，起到了限位和定位作用，能够保证垫片的机械强度，在环体的环形槽中设置弹性环，弹性环有具有一定柔性特质的弹性材质制成，具有回弹性能，这种结构的密封垫片不仅具有较高的强度，能够满足高温高压的使用工况，其良好的回弹性能也降低了密封垫片对的压紧力需求，以及降低了密封垫片对加工精度和安装精度要求。
9.作为本实用新型的优选方案，所述弹性环为石墨材质结构件。石墨垫片由纯石墨或金属增强石墨板制作而成，具有热稳定、自润滑、耐腐蚀、不老化、不发脆等优势，而且具有压缩回弹性和高强度性能，在金属环体的支撑下，使丝堵与丝堵板之间的密封性能更好。
10.作为本实用新型的优选方案，所述环体为不锈钢材质结构件。不锈钢垫片能够适应高温和高压的工况，具有高强度和高硬度的特点，而且具有优秀的耐腐蚀性能，在天然气介质中不容易发生锈蚀，能够长期保持其密封性能，使用寿命更长。
11.作为本实用新型的优选方案，所述环体包括第一密封环和第二密封环，所述第二密封环设置在所述第一密封环内，所述第一密封环和第二密封环之间形成所述环形槽。通
过在直径较大的第一密封环内设置第二密封环，使第一密封环和第二密封环之间形成用于安装弹性环的环形槽，使弹性环内外两侧均能够受到不锈钢材质环体的支撑，提升了整个密封垫片的强度。
12.作为本实用新型的优选方案，还包括支撑环，所述支撑环为金属材质结构件，所述支撑环设置在所述第一密封环与第二密封环之间，所述支撑环与所述弹性环层叠设置。使弹性环的一端面能够受到金属材质的支撑环的支撑力，另一端面与丝堵或丝堵板抵接，起到弹性密封的作用，在确保密封垫片具有良好回弹性能的前提下，提升了整个密封垫片的结构强度。
13.作为本实用新型的优选方案，所述支撑环为不锈钢材质结构件。不锈钢制成的支撑环能够适应高温和高压的工况，具有高强度和高硬度的特点，能够为弹性环提供良好的支撑作用，而且具有优秀的耐腐蚀性能，在天然气介质中不容易发生锈蚀，能够长期保持其密封性能，使用寿命更长。
14.作为本实用新型的优选方案，所述支撑环的厚度为d，所述弹性环的厚度为d，1/2d≤d≤d。支撑环与弹性环的厚度之和与环形槽的深度相同，同时支撑环的厚度大于等于1/2弹性环的厚度，即支撑环的厚度至少占环形槽深度的1/3，使得支撑环具有足够的强度，能够实现对弹性环的支撑作用，同时弹性环的厚度大于等于支撑环的厚度，即弹性环的厚度至少占环形槽深度的1/2，确保整个密封垫片具有良好的回弹性能，增强丝堵与丝堵板之间的密封性能。
15.作为本实用新型的优选方案，所述支撑环与所述第一密封环和第二密封环为一体式结构。通过支撑环将第一密封环和第二密封环连接一体，提升了支撑环对弹性环的端面支撑作用，提升了第一密封环和第二密封环对弹性环内外测的支撑作用，加强了整个密封垫片的结构强度。
16.一种密封组件，包括丝堵板，所述丝堵板上设有丝堵孔，还包括与所述丝堵孔配合的丝堵，所述丝堵板与所述丝堵之间设置有如上所述一种空冷管束密封垫片。
17.本实用新型一种密封组件，密封垫片安装在丝堵板的端面，丝堵的螺柱旋入到丝堵板的丝堵孔中，将密封垫片压紧在丝堵与丝堵板之间，密封垫片包括环体，环体由金属材质制成，具有较高的强度和硬度，起到了限位和定位作用，能够保证垫片的机械强度，在环体的环形槽中设置弹性环，弹性环有具有一定柔性特质的弹性材质制成，具有回弹性能，这种结构的密封垫片不仅具有较高的强度，能够满足高温高压的使用工况，其良好的回弹性能也降低了密封垫片对的压紧力需求，以及降低了密封垫片对加工精度和安装精度要求。
18.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型的环体由硬质金属制成，使密封垫片能够满足高温高压的使用工况，在环体的环形槽中设置了弹性环，其良好的回弹性能降低了密封垫片对的压紧力需求，同时也降低了密封垫片对加工精度和安装精度要，使密封垫片与密封组件之间贴合更加紧密，密封性能更好。
附图说明
20.图1是本实用新型一种空冷管束密封垫片的端面结构示意图；
21.图2是本实用新型一种空冷管束密封垫片的截面结构示意图；
22.图3是本实用新型所述环体与支撑环一体式的示意图；
23.图4是本实用新型一种密封组件的结构示意图；
24.图中标记：1-环体，11-第一密封环，12-第二密封环，2-弹性环，3-支撑环，4-丝堵板，41-丝堵孔，5-丝堵。
具体实施方式
25.下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例一种空冷管束密封垫片，包括环体1和弹性环2，所述环体1上设有环形槽，所述弹性环2嵌套设置在所述环形槽内，所述环体1为金属材质结构件，所述弹性环2为弹性材质结构件。
29.本实施例的环体1由金属材质制成，具有较高的强度和硬度，起到了限位和定位作用，能够保证垫片的机械强度，在环体1的环形槽中设置弹性环2，弹性环2有具有一定柔性特质的弹性材质制成，具有回弹性能，这种结构的密封垫片不仅具有较高的强度，能够满足高温高压的使用工况，其良好的回弹性能也降低了密封垫片对的压紧力需求，以及降低了密封垫片对加工精度和安装精度要求。
30.具体的，所述弹性环2为石墨材质结构件，石墨垫片由纯石墨或金属增强石墨板制作而成，具有热稳定、自润滑、耐腐蚀、不老化、不发脆等优势，而且具有压缩回弹性和高强度性能，在金属环体1的支撑下，使丝堵与丝堵板之间的密封性能更好；所述环体1为不锈钢材质结构件，具体为s31603不锈钢金属材质，此类型复合金属环能承受2-42mpa介质压力变化，在高温、高压以及载荷变化频繁等操作情况下保证较好的密封性能，而且具有优秀的耐腐蚀性能，在天然气介质中不容易发生锈蚀，能够长期保持其密封性能，使用寿命更长。
31.具体的，所述环体1包括第一密封环11和第二密封环12，所述第二密封环12设置在所述第一密封环11内，所述第一密封环11和第二密封环12之间形成所述环形槽，通过在直径较大的第一密封环11内设置第二密封环12，使第一密封环11和第二密封环12之间形成用于安装弹性环的环形槽，使弹性环2内外两侧均能够受到不锈钢材质环体1的支撑，提升了整个密封垫片的强度。
32.实施例2
33.如图1和图2所示，本实施例中，与实施例1的区别在于，还包括支撑环3，所述支撑环3为金属材质结构件，所述支撑环3设置在所述第一密封环11与第二密封环12之间，所述支撑环3与所述弹性环2层叠设置。
34.本实施例中，在第一密封环11与第二密封环12之间增设支撑环3，使弹性环2的一端面能够受到金属材质的支撑环3的支撑力，另一端面与丝堵或丝堵板抵接，起到弹性密封的作用，在确保密封垫片具有良好回弹性能的前提下，提升了整个密封垫片的结构强度。
35.具体的，所述支撑环3为不锈钢材质结构件，具体为s31603不锈钢金属材质，此类型复合金属环能承受2-42mpa介质压力变化，在高温、高压以及载荷变化频繁等操作情况下
保证较好的密封性能，而且具有优秀的耐腐蚀性能，在天然气介质中不容易发生锈蚀，能够长期保持其密封性能，使用寿命更长。
36.进一步的，所述支撑环3的厚度为d，所述弹性环2的厚度为d，1/2d≤d≤d，支撑环3与弹性环2的厚度之和与环形槽的深度相同，同时支撑环3的厚度大于等于1/2弹性环2的厚度，即支撑环3的厚度至少占环形槽深度的1/3，使得支撑环3具有足够的强度，能够实现对弹性环2的支撑作用，同时弹性环2的厚度大于等于支撑环3的厚度，即弹性环2的厚度至少占环形槽深度的1/2，确保整个密封垫片具有良好的回弹性能，增强丝堵与丝堵板之间的密封性能。
37.实施例3
38.如图3所示，本实施例中，与实施例2的区别在于，所述支撑环3与所述第一密封环11和第二密封环12为一体式结构。
39.本实施例中，通过支撑环3将第一密封环11和第二密封环12连接一体，提升了支撑环3对弹性环2的端面支撑作用，提升了第一密封环11和第二密封环12对弹性环2内外测的支撑作用，加强了整个密封垫片的结构强度。
40.实施例4
41.如图1和图4所示，本实施例提供了一种密封组件，包括丝堵板4，所述丝堵板4上设有丝堵孔41，还包括与所述丝堵孔41配合的丝堵5，所述丝堵板4与所述丝堵5之间设置有如实施例1-3任一所述一种空冷管束密封垫片。
42.本实施例的一种密封组件，密封垫片安装在丝堵板4的端面，丝堵5的螺柱旋入到丝堵板4的丝堵孔41中，将密封垫片压紧在丝堵5与丝堵板4之间，密封垫片包括环体1，环体1由金属材质制成，具有较高的强度和硬度，起到了限位和定位作用，能够保证垫片的机械强度，在环体1的环形槽中设置弹性环2，弹性环2有具有一定柔性特质的弹性材质制成，具有回弹性能，这种结构的密封垫片不仅具有较高的强度，能够满足高温高压的使用工况，其良好的回弹性能也降低了密封垫片对的压紧力需求，以及降低了密封垫片对加工精度和安装精度要求。
43.密封组件的尺寸要求为：
44.对于丝堵、密封垫片、密封面尺寸配合一般原则为：1）垫片厚度与丝堵板密封槽深度、丝堵密封平台高度匹配，防止丝堵与丝堵板非密封面接触，影响密封面间接触干涉；2）垫片内外径与丝堵板密封槽直径、丝堵密封面直径匹配，保证垫片在安装过程中能够对中，不出槽、不偏槽，丝堵密封面能够与垫片完全接触，不偏压；3）尺寸公差匹配。
45.对于常规型螺纹孔m36
×
2,丝堵密封直径在φ43
±
0.2，垫片内外经在φ43-φ36，丝堵板密封面直径在φ44
±
0.1
46.预紧力计算：
47.当使用扭力扳手上紧丝堵时，垫片与密封面之间存在一定的密封垫片预紧力，从理论上讲垫片预紧应力越大，垫片中储存的弹性应变能力也越大，因而补偿丝堵板密封面分离和连接松弛的能力也越强，密封性随垫片的压缩变形而变化，在预紧力加载初期，因局部载荷很大，垫片上的突出瑕疵杂物很快被压平或嵌入凹陷部分，此时尽管垫片产生了一定的压缩变形，但仍未达到很好的密封，在此阶段，尚不能构成初始密封，当继续加载预紧载荷，配合面间波峰、波谷相互穿插、嵌合，微小间隙逐渐减少直至配合面吻合，在该阶段中
流道截面随预紧力增加而减小，流道阻力随之增大，即增加预紧力载荷可有效控制、提高丝堵密封可靠性，因此合理控制预紧力对丝堵起到关键作用，同时也不能超过计算扭矩范围的上限，目前丝堵拧紧力矩可按式（1）进行计算。
48.t=k0kfd=k0kδ
sas
d=0.785k0kδsd（d
12-d
22
） （1）
49.其中，d
1-垫片外径，mm；d
2-垫片内径，mm；a
s-垫片横截面积，mm2；δ
s-垫片材料屈服强度，mpa；k-拧紧力矩系数，取 0.13-0.15；k
0-丝堵与丝堵孔密封面接触系数，取1.3；f-丝堵预紧力，n；t-丝堵拧紧力矩，n
·
m。系数k0的变化范围很大，与丝堵板丝堵孔润滑状态有关，一般取 0.2-1.0，根据丝堵板材质不同、螺纹加工方法不同选择润滑剂或抗咬合剂，润滑越好系数k0取值越小，一般采用经验值或通过模拟试验测得。
50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。