金属缠绕垫的结构我国的金属缠绕垫始于20世纪60年代初，当时只有基本型一种，其本体部分是用“V” 型、“u” 型或“w”型断面的金属缠绕带与非金属填料带在同一芯轴上交替层叠缠绕而成的。70年代以后，为了提高垫片的强度和可靠性，以及方便安装对中，根据法兰密封面形式的不同，又分别发展了带内环、带外环、带内外环的金属缠绕垫，其结构型式及与法兰密封面间的匹配关系如表l所示 I6 J。国外缠绕垫片的结构型式与国内基本相同，但近年来为了适应不同工况要求，开发了不少适应不同工况的新结构。(1)低应力(Ls)金属缠绕垫ASMB16．20对缠绕式垫片压缩的要求，金属缠绕垫仅对有足够大小的螺栓载荷将垫片压缩到它的最佳厚度的螺栓法兰连接才是有效的，并且依靠钢带的“V”型形状作为一个改进形式的弹簧来提供所需的回弹性能。紧固垫片时伸出垫片平面的缠绕钢带与法兰密封面直接接触，使垫片显得较硬，这对压力级别较低的法兰来说，由于垫片受到小尺寸和数量不多的螺栓的预紧，以及这些法兰本身刚度有限，刚性较大的垫片则不能被完全压缩，这就是人们常说的低压管路法兰拧不紧。在法兰拧紧不足的情况下，法兰连接不能适应压力和温度的变化，其结果必然造成流体泄漏。Briggs和Serv—ant等提出了一种低应力密封的新概念——低应力(Ls)金属缠绕垫，如图1所示。(a)标准缠绕垫片(b)低应力缠绕垫片图1 垫片型式比较低应力(Ls)的概念是基于改进传统的金属缠绕垫，利用对“V”型形状的修改，使金属缠绕带基本上与压缩限制环保持平齐。这就在初始压缩阶段只有柔性石墨与法兰密封面接触，达到了在较低的螺栓应力下获得最佳压缩厚度的效果。加上柔性石墨本身由于具有较低的气体穿透性以及在较低的螺栓载荷下嵌入法兰密封面凹凸不平之处的能力，因此预紧力减少(约二分之一)，密封性能提高(相差1个数量级)，可靠性也增加(受高温不漏)。除此之外，该垫片还具有以下突出优点：(a)提供压缩限制压缩限制环不仅能限制垫片过度压缩而损坏，同时也指示出最佳载荷已被施加于垫片，而无须使用复杂的螺栓拉伸设备。(b)防止垫片吹出即使在低压管道系统，也绝不可能完全保证不发生垫片吹出。与其它板状垫片不同的是，低应力垫片的外部有一个实心的压缩限制环，该元件同时起着抗吹出的作用。这一特征结合限制压缩的优点，提供了一个固有的且在较大的不控制螺栓紧固作业的情况下，就能建立起良好的安全密封系统。(2)压缩可调型金属缠绕垫在螺栓一法兰一垫片连接系统中，螺是一个弹性紧固元件。整个连接的密封有效性与使用寿命在很大程度上取决于紧固螺栓时在法兰和垫片上所产生的夹紧力的大小和稳定性。该夹紧力必须在工作环境下，包括热循环、压力循环、材料性质的变化等，有足够高的数值以防止泄漏、疲劳、蠕变松弛等；但又不能太大，以避免螺栓、法兰或垫片受到过高的应力，引发应力腐蚀裂纹或导致垫片压碎或法兰过度变形。因此，控制螺栓的紧固程序是关系到装配过程能取得成功的关键。目前，在大多数情况下，都是根据使用条件先算出紧固力，再换算成拧紧螺栓时加在扳手上的力矩进行紧固；或根据紧固力，由垫片的压缩特性求得压缩量进行紧固。然而，施加到扭矩扳手上的力矩和最终产生的夹紧力之间并没有简单的和确定的关系存在，有许多因素都对施加在扭矩扳手上的力矩和产生在其所紧固的螺栓上的初始伸长量或预紧载荷的关系有重大影响，以至螺栓的预紧载荷存在很大的分散性和不正确性。为此，开发出了一种新型垫片——压缩可调型金属缠绕垫。这种垫片针对ANSIB16．5以及JPI一7S—l5规定的Class2500的凸面法兰不用计算麻烦的螺栓力矩和压缩量，而以外环调节压缩量，直至法兰与外环接触。压缩可调型垫片还通过改变金属缠绕带的间距和波形的高度来调整垫片的压缩特性。这种垫片可使1／2”一24”的垫片紧固时垫片厚度变为3．3mm，并可调整垫片应力到320MPa。基于上述概念，可以实现金属缠绕垫生产按压力级别加以分级。