墊片的案例
機械設計知識點 —— 密封墊片如何選型
下圖為GARLOCK常見壓制墊片的PxT值圖，不同型式的墊片所能夠承受的壓力也是不一樣的。
圖7 GARLOCK常見壓制墊片的P╳T值圖
圖8為各種型式的墊片所適用的法蘭壓力等級
尺寸
在滿足法蘭粗糙度和不平度條件時，盡可能的選擇薄的墊片。墊片的厚度與其型式、材料、直徑、密封面的加工狀況和密封介質等相關。對于大多數非金屬板材墊片而言，薄的墊片抵抗應力松弛的能力也比較大。因薄的墊片其內側跟介質接觸的面積也小，所以沿墊片本體滲漏也隨之減少，并且此情況下墊片所承受的吹出力也小，墊片也就不容易被吹出，圖9形象的展示了薄墊片的抗吹出能力要比厚墊片強。當然也可以參考墊片標準選擇墊片厚度以及其它尺寸。
圖9 同樣工況下不同厚度墊片的徑向受力示意圖
此外，由于墊片通常采用螺栓法蘭連接結構，因此裝配時需要將螺栓預緊到足以達到密封的要求，另外，這一結構中的墊片更是一個受很多因素影響的密封元件，因而如何控制預緊力是一個十分棘手的問題。各種墊片需要的壓緊載荷也各不相同，對于特殊要求的墊片密封，它們沒有標準的連接尺寸，如法蘭厚度、螺栓尺寸、螺栓間距等，這就需要考慮專門設計。
展開 【專業基礎】機械設計必備知識點 —— 密封墊片如何選型
圖7 GARLOCK常見壓制墊片的P╳T值圖
圖8為各種型式的墊片所適用的法蘭壓力等級
尺寸
在滿足法蘭粗糙度和不平度條件時，盡可能的選擇薄的墊片。墊片的厚度與其型式、材料、直徑、密封面的加工狀況和密封介質等相關。對于大多數非金屬板材墊片而言，薄的墊片抵抗應力松弛的能力也比較大。因薄的墊片其內側跟介質接觸的面積也小，所以沿墊片本體滲漏也隨之減少，并且此情況下墊片所承受的吹出力也小，墊片也就不容易被吹出，圖9形象的展示了薄墊片的抗吹出能力要比厚墊片強。當然也可以參考墊片標準選擇墊片厚度以及其它尺寸。
圖9 同樣工況下不同厚度墊片的徑向受力示意圖
此外，由于墊片通常采用螺栓法蘭連接結構，因此裝配時需要將螺栓預緊到足以達到密封的要求，另外，這一結構中的墊片更是一個受很多因素影響的密封元件，因而如何控制預緊力是一個十分棘手的問題。各種墊片需要的壓緊載荷也各不相同，對于特殊要求的墊片密封，它們沒有標準的連接尺寸，如法蘭厚度、螺栓尺寸、螺栓間距等，這就需要考慮專門設計。
展開 墊片密封原理及泄漏形式
墊片密封的基本概念
墊片密封是工業裝置中壓力容器、工藝設備、動力機器和連接管道等可拆連接處最主要的密封結構形式，它通常由法蘭、墊片及連接螺栓、螺母組成，總稱法蘭密封接頭。法蘭密封接頭的結構形式見圖1。
圖1 法蘭密封接頭的結構形式
1-螺母2—法蘭3—墊片4-螺栓
墊片密封機理
泄漏就是介質從有限空間內部流到外部，或從外部進入有限空間內部的人們不
希望發生的現象。介質流動通過內外空間的交界面，即密封面發生泄漏。產生泄漏的根本原因是接觸面存在間隙，而接觸面兩側的壓力差、濃度差則是泄漏的推動力。由于密封面的形式及加工精度等因素的影響，導致密封面不完全吻合，即密封面上會出現間隙，從而發生泄漏。要減少泄漏，就必須使接觸面最大限度地嵌合，即減少泄漏通道的橫截面積、增加泄漏阻力，使之大于泄漏推動力。對密封面施加壓緊載荷可以產生壓緊應力，提高密封面的接觸程度，當應力增大到足以引起表面產生明顯的塑性變形時，就可以填補密封面的間隙，以堵塞泄漏通道。采用墊片的目的就是借助墊片材料在壓緊載荷的作用下較容易產生塑性變形的特性，使之填平法蘭密封面的微小凹凸不平，從而實現密封。
在法蘭密封接頭中，壓緊墊片的力使墊片材料產生變形，從而填滿法蘭密封面間的微間隙。
墊片密封連接的泄漏形式
在法蘭密封接頭中，墊片是主要的密封元件。對于非金屬墊片，連接的密封是通過擰緊螺栓，造成法蘭與墊片接觸表面及墊片內部較大的壓緊應力，一方面使墊片表面與法蘭表面緊密貼合，填滿法蘭表面的微間隙，另一方面減小墊片材料的孔隙率，即減小被密封流體的泄漏通道。
展開 航空發動機用墊片焊接要求
本文將給大家介紹航空發動機用的一個非常小的零件：墊片，并以支架上的墊片要求焊接為例。
墊片的使用
很多人都看過，發動機的外圍有很多管子，有走油的，有走氣的。這些管子除了進出口的固定以外，在管路之間的位置往往需要支架進行固定。
大家平時家里安裝個螺母、螺帽的時候，是不是都會用上墊片？航空發動機也是一樣的。但是這個墊片實在是又小又輕，安裝的時候非常容易弄丟。如果丟進發動機的核心機里，產生外來物，后果不堪設想。怎么辦？
設計
從設計者角度，首先要問幾個問題。這是不是客戶接口要求？零件內部接口要求嗎？需要與配件選配嗎？是否壽命控制件？對于這個墊片小零件而言，答案都是否，那就簡單多了。
焊接方式是最佳選擇，即把小墊片與支架焊接起來，就完美避免墊片的丟失帶來的風險。
從材料選擇看，因為發動機的外圍溫度，大部分都是選用不銹鋼。其優勢是耐蝕性能好，焊接性能佳，成本低。
從尺寸上看，墊片的幾個尺寸，厚度、外徑、內徑，發展到現在已經都是標準件了，有規范可以參考選用。
焊接要求
墊片與支架的焊縫形式，根據相對應的位置關系，如果支架足夠大，可以用角焊縫，但是如果空間位置不夠實施角焊縫，那就只能在側面進行類似坡口焊縫的焊接。對于坡口焊縫形式，有2點注意事項：一是熔深要求，二是別忘了打磨掉焊縫的余高。
焊接的時候是一圈滿焊，還是離散的焊點？如果是后者，幾個焊點合適呢？航空發動機對重量的控制要求是很嚴格的，滿焊會增加太多重量；另外，支架和墊片都很薄，滿焊的時候拘束過大、熱輸入過大，必然導致零件變形。所以，通常不會整圈滿焊。離散的焊點，如果1個，有所謂的“單點失效”的風險，3個又多了，所以2個焊點，不多不少。前人真的很聰明，值得學習。
新的問題來了，2個離散的焊點位置這么分布呢？
展開 
閥門纏繞墊片知識
金屬纏繞墊片的國外制造標準有:
ASME B 16.20,
ASME B 16.5,
ASME B 16.47 A (B),
BS EN1092,
JIS, 和 NF 等
2 .國內標準有
HG/T20610-2009 鋼制管法蘭用纏繞式墊片 化工部歐洲體系
HG/T20631-2009 鋼制管法蘭用纏繞式墊片 化工部美洲體系
GB/T4622.2-97 纏繞式墊片 管法蘭用墊片尺寸 國家標準
JB/T4719-92 管殼式換熱器用纏繞墊片 機械部標準
JB/T90-2015 管路法蘭用纏繞式墊片 機械部標準
JB/T4705-2000 壓力容器法蘭用纏繞式墊片
展開 關于五金沖壓墊片的小知識
無論哪一種類型的墊片，在惡劣的使用環境中要保證長時間的有效密封，都須具備以下八個重要特性：
1.氣密性 ：對于密封系統的介質，墊片在推薦的溫度和壓力工作一定時間內不發生泄露。
2.可壓縮性 ：墊片和法蘭的接觸面在連接螺栓緊固后，應能很好吻合，以保證密封。
3.抗蠕變性 ： 墊片在壓力負荷和使用溫度的影響下，抗蠕變性應較好，否則回造成螺栓扭距損失，導致墊片的表面應力減小，從而硬氣系統泄露。
4.抗化學腐蝕 ： 所選用的墊片應不受化學介質的腐蝕，而且不能污染介質。
5.回彈性 ： 即使在系統穩定的狀況下，相連接的兩個法蘭由于溫度和壓力的影響肯定會存在微小位移，墊片的彈性功能應能彌補此位移，以保證系統的密封性。
6.抗黏接性 ： 墊片在使用后應能方便的從法蘭上拆除，不粘接
7.無腐蝕性 ： 墊片應對連接的法蘭表面無腐蝕性。
8.耐溫度 ： 所選用的墊片應保證在系統的最低溫度和最高溫度下正常使用。
展開 【行業知識】你知道什么是纏繞墊片嗎？
金屬纏繞墊片的國外制造標準有:ASME B 16.20, ASME B 16.5, ASME B 16.47 A (B), BS EN1092, JIS, 和 NF 等
2 .國內標準有
HG/T20610-2009 鋼制管法蘭用纏繞式墊片
化工部歐洲體系 HG/T20631-2009 鋼制管法蘭用纏繞式墊片
化工部美洲體系 GB/T4622.2-97 纏繞式墊片 管法蘭用墊片尺寸
國家標準 JB/T4719-92 管殼式換熱器用纏繞墊片
機械部標準 JB/T90-2015 管路法蘭用纏繞式墊片
機械部標準 JB/T4705-2000 壓力容器法蘭用纏繞式墊片
ASME B16.20所規定的標記要求
應用
金屬纏繞墊片是使用最廣泛的墊片之一，纏繞墊片提供了一種能在操作溫度和壓力波動下使用的低成本密封。多層金屬和填充物纏繞所形成的密封隔墊有效地減少了可能發生的泄漏。
金屬纏繞墊片是用成型的金屬帶和軟的填充材料交替纏繞制成的。當放在兩個法蘭之間被壓縮后就形成了非常有效的密封。
金屬帶中間部分的V型凸起作用就像彈簧一樣，在工況改變時給墊片很好的回彈性。填充材料和金屬帶材料可以選擇不同的材料以適應不同的化學介質。
需要防火安全的可以選擇柔性石墨作為填充材料。如果墊片的有效壓縮載荷是有限制的，可以對墊片的結構和尺寸進行修改以達到有效的密封。
一個金屬纏繞墊片可以包括一個外環，一個內環或者二者都有。外環使墊片與法蘭對中和作為墊片壓縮的限位，內環不但可以提供額外的徑向強度,而且還可以減少法蘭的沖刷磨蝕和保護密封元件。
很好的回彈性和很高的強度使得金屬纏繞墊片成為各種各樣使用條件和工況下的理想選擇。
展開 彈性墊片
彈性墊片在ANSYS建模中怎么施加？要做一鋼筋混凝土簡支梁，在支座和集中力處容易出現應力集中現象，需加彈性墊片保證收斂。但不知彈性墊片怎樣添加。尋求幫助。。。。
實例篇：進氣歧管冷熱交換時的墊片分析 ￥2
0.01
2.4 接觸定義
對于接觸的surface-surface定義還是有些技巧的
首先采用small sliding，設置初始間隙1e-5
其次tie螺栓底部時要將position tolerance設為模型指定值（這里的間隙為1），同時不要調整初始位置
2.5 加載定義
對于約束，底部固定，對稱面施加對稱約束
對于預定義場的溫度，變化如下
2.6 計算求解
最后，放一個墊片的應力變化云圖
【行業知識】閥門密封墊該如何安裝？
密封墊片是機械、設備等經常用得到的密封備件，是起密封作用的材料。從這個定義，我們不難知道密封墊片有多重要了，所以密封墊片如何安裝也就值得我們去重視了。正確的安裝才能保證密封性能，使設備運行順利，反之則會損害密封墊片。接下來，我們具體來看下應該怎么做。
墊片的正確安裝，應在法蘭連接結構或螺紋連接結構、靜密封面和墊片經檢查無疑，其他閥件完好無損的情況下進行。
1、裝墊片前，密封面、墊片、螺紋及螺栓螺母旋轉部位涂上一層石墨粉或石墨粉用機油（或水）調合的泣滑劑，墊片、石墨應保持干凈。
2、墊片安裝在密封面上要逢中、正確，不能偏斜，不能伸入閥腔或擱置臺肩上。
3、安裝墊片只允許裝一片，不允許在密封面間裝兩片或多片來消除兩密封面間的間隙不足。
4、橢圓墊片的密閉應使墊片內外圈相接觸，墊片兩端面不得與槽底相接觸。
5、O形圈的安裝，除圈和槽應符合設計要求外，壓縮量要適當，在保證密封的前提下，壓縮變形率越小越好，可以延長O形圈的壽命。
6、墊片在上蓋前，閥門應處于開啟的位置，以免影響安裝和損壞閥件。蓋時要對準位置，不得用推拉的辦法與墊片接觸，以免墊片發生位移和擦傷。
7、螺栓連接或螺紋連接的墊片的安裝，應使墊片處在水平位置上（螺紋連接的墊片蓋，有扳手位置的不得用管子鉗）。
8、墊片壓緊前，應對壓力、溫度、介質的性質、墊片材料特性了解清楚，確定預緊力。預緊力應保證在試壓不漏的情況下，盡量減小。
9、墊片上緊后，應保證連接件有預緊的間隙，以備墊片泄漏時有預緊的余地。
展開 法蘭墊片密封原理及泄漏形式
來源：閥門之聲
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墊片密封的基本概念
墊片密封是工業裝置中壓力容器、工藝設備、動力機器和連接管道等可拆連接處最主要的密封結構形式，它通常由法蘭、墊片及連接螺栓、螺母組成，總稱法蘭密封接頭。法蘭密封接頭的結構形式見圖1。
圖1 法蘭密封接頭的結構形式
1-螺母2—法蘭3—墊片4-螺栓
墊片密封機理
泄漏就是介質從有限空間內部流到外部，或從外部進入有限空間內部的人們不希望發生的現象。介質流動通過內外空間的交界面，即密封面發生泄漏。產生泄漏的根本原因是接觸面存在間隙，而接觸面兩側的壓力差、濃度差則是泄漏的推動力。由于密封面的形式及加工精度等因素的影響，導致密封面不完全吻合，即密封面上會出現間隙，從而發生泄漏。要減少泄漏，就必須使接觸面最大限度地嵌合，即減少泄漏通道的橫截面積、增加泄漏阻力，使之大于泄漏推動力。對密封面施加壓緊載荷可以產生壓緊應力，提高密封面的接觸程度，當應力增大到足以引起表面產生明顯的塑性變形時，就可以填補密封面的間隙，以堵塞泄漏通道。采用墊片的目的就是借助墊片材料在壓緊載荷的作用下較容易產生塑性變形的特性，使之填平法蘭密封面的微小凹凸不平，從而實現密封。
在法蘭密封接頭中，壓緊墊片的力使墊片材料產生變形，從而填滿法蘭密封面間的微間隙。
墊片密封連接的泄漏形式
在法蘭密封接頭中，墊片是主要的密封元件。對于非金屬墊片，連接的密封是通過擰緊螺栓，造成法蘭與墊片接觸表面及墊片內部較大的壓緊應力，一方面使墊片表面與法蘭表面緊密貼合，填滿法蘭表面的微間隙，另一方面減小墊片材料的孔隙率，即減小被密封流體的泄漏通道。由于任何加工方法都不可能形成絕對光滑的理想表面，也不可能實現密封面間的完全嵌合以及密封件本身孔隙的完全阻塞，所以在相互接觸的密封面間和密封件的內部總是存在著微小的間隙或通道。
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螺栓預緊力，墊片壓縮回彈特性，螺栓預緊力衰減，螺栓不同順序加載案例 ￥100
通過本案例可以學習了解螺栓預緊力，墊片壓縮回彈特性，螺栓預緊力衰減，螺栓不同順序加載
【經驗分享】各種密封方式的失效原因全解
墊片密封
墊片是離心泵靜密封的基本元件，使用范圍非常廣泛。墊片的選型主要根據泵輸送介質、溫度、壓力和腐蝕性等因素決定。當溫度和壓力不高時一般選用非金屬密封墊片;中壓高溫時，選用非金屬與金屬組合墊片。非金屬墊片在泵上應用最為普遍，其材料一般為紙、橡膠和聚四氟乙烯。
當溫度不超過120℃，壓力在1.0Mpa以下時，一般選用青殼紙或模造紙墊片。如果輸送介質為油，溫度在-30～110℃時(公眾號:泵閥之家)，一般選用耐老化性能較好的丁晴橡膠。當輸送介質在-50～200℃時，選用氟橡膠更為合適。因為它除了耐油耐熱外，機械強度大也是其主要特征。
在化工泵中，由于所輸送介質具有腐蝕性，所以一般選用聚四氟乙烯做為墊片材料。隨著泵使用的領域越來越廣泛，所輸送介質種類也越來越多，因此在選用墊片材質時應查閱相關資料或通過實驗后再做出正確選擇。
墊片失效的原因主要有下列幾種情況：
1、墊片材質內部組織或厚度不均勻，以及使用了帶有裂縫或折皺的紙板，使墊片本身形成了間隙，當作用在墊片上的力使墊片所產生的彈性變形不足以完全填充這些間隙時，泄漏也就不可避免了。
2、墊片的材質與所輸送的介質不相適應。由于泵所輸送化工產品化學性質的多樣性，以及為提高燃油的燃燒值或改變其燃燒后的生成物而在燃油中增加入了一些少量的添加劑后而使燃油的某些性質發生變化，所以選擇和輸送介質相適的墊片材質并非易事，因而也經常發生由于不相適應而使墊片發生侵蝕而產生泄漏的現象。
3、作用在密封墊片上的壓力不足。由于密封面上總是存在著微觀的凹凸不平，有時還在密封面上加工出若干環形溝槽，若保證密封，就必須對密封墊片施加足夠大的壓力，使其發生彈性或塑性變形以填充這些間隙。
展開 管道法蘭密封安裝注意事項
2.2 螺栓緊固載荷計算
選擇合適的緊固載荷也是法蘭管理的重點， 目前國內規范及文獻資料中沒有一個統一的、標 準的計算方法，給出的大多是一個固定的緊固力 矩值，然而緊固力矩并不應該是一個固定值而是一個區間值，一是要保證法蘭連接口達到密封性 能，二是要保證墊片不被破壞及螺栓不被拉斷或 失效；另外，螺栓緊固力矩也不是很精確的數值， 從力矩計算公式：T=KFd 來看，式中：T 為力矩，K 為扭矩系數 （一般取 0.1~0.2），F 為預緊力，d 為 螺栓公稱直徑，扭矩系數 K 是個變化值，這和螺 紋結合面的光滑度、螺母與法蘭端面的光滑度以 及是否采用潤滑都相關，扭矩系數的變化對力矩 值的影響很大，因此，為了減少誤差應保證預緊力 的計算準確。
2.2.1 按墊片性能計算預緊力
1）操作狀態下按照墊片最小壓緊力，計算單 個螺栓緊固需要的最小載荷 Fo , 公式為：Fo=(F+ Fp)/n，式中：F 為操作狀態下內壓引起的總軸向 力，Fp 為操作狀態下最小墊片壓緊力，n 為螺栓 數量，F 及 Fp 的計算方法參照 GB150.3。
2）預緊狀態下按照墊片最小壓緊力，計算單 個螺栓緊固需要的最小螺栓載荷 Fg1，公式為：Fg1=Fa/n，式中：Fa 為預緊狀態下最小墊片壓緊 力，計算方法參照 GB150.3。
3）按照墊片的最大允許應力，計算單個螺栓 緊固需要最大螺栓載荷 Fg2，公式為：Fg2=(Sg×Ag)/n， 式中：Sg 為墊片最大允許應力，Ag 為墊片密封面積。
展開 基于ICEPAK熱仿真的光伏逆變器結構優化
稍后，為消除“銑16個凹槽”的工序，再次更改方案為：在箱體鈑金上對應陶瓷墊片的位置沖孔，用來放置陶瓷墊片，見圖4。
以上3種方案均要使用導熱膏，在裝配現場易造成臟污，而且整機裝配工藝復雜。
“陶瓷墊片+導熱膏”組合上世紀50年代開始使用。為避免使用導熱膏，上世紀80年代業界發明了彈性導熱墊片，但在導熱性能上稍遜于陶瓷墊片。本世紀初相變導熱墊片開始投入實用。經熱阻測試(1)，同樣面積同樣壓力時，“陶瓷墊片+導熱膏”組合的熱阻大于相變導熱墊片。
最終的散熱方案采用某型號相變導熱墊片，如圖5。不再使用導熱膏和陶瓷墊片定位塑料框(或散熱器銑槽，箱
體挖孔)，也無需額外的工裝和模具。相變導熱墊片可局部帶背膠，可牢固準確地附著在散熱器上。晶體管殼溫到達一定數值時，相變導熱墊片軟化并充滿晶體管殼與散熱器間的空氣間隙。圖6為采用陶瓷墊片的整機熱仿
真結果，散熱器最高溫度79.88°C，晶體管最高結溫104.278°C。圖7為初始條件相同時采用相變墊片的整機熱仿真結果，散熱器最高溫度79.86°C，最高結溫102.09°C。
2種散熱方案具體的對比見下表：
由以上分析可見，采用相變導熱墊片后，散熱效果更好，而組裝消耗工時更低。
3. 熱仿真輔助三相光伏逆變器結構優化
3.1 豎直風道方案
某型3相17kW光伏逆變器早期方案整機結構如圖8，安裝形式為掛墻安裝，背面外觀如圖9。風扇向上吹風。逆
變側IGBT模塊和8個BOOST晶體管安裝在主散熱器，另外8個BOOST晶體管安裝在輔助散熱器上。BOOST電感盒和逆變電感盒豎直安裝在箱體背面左右兩側。為獲得更大通風量，散熱器框頂部全部面積打孔，過孔率60%。初始條件環境溫度40°，1個大氣壓。初始方案使用2個8025風扇。整機熱仿真溫度場見圖10。
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