影響墊片密封效果的因數很多,諸如墊片的厚度、寬度、墊片質的強度、耐熱性、耐壓性、彈性以及墊片的壓緊力(緊固力)等。這些因素又都是互相關聯的,其中,墊片壓緊力的因素尤為復雜,而壓緊力又與墊片系數m和預緊力(預緊比壓力)γ有關。
墊片的預緊比壓力γ和墊片系數m的概念:為形成初始密封條件而必須施加在墊片單位面積上的最小壓緊力稱為預緊密封比壓y。在操作條件下,發生臨界泄漏時,單位密封面上所具有的密封壓緊力稱為工作密封比壓,工作密封比壓與介質操作壓力p的比值稱為30墊片系數m,即:y和m是反映墊片性能的兩個重要參數,其數值與墊片的種類和材質有關,和m值大表明墊片達到密封時需要更大的螺栓載荷。
墊片的預緊比壓(或叫比壓、最小設計壓緊應力、或最小有效壓緊應力等)γ就是作用到墊片上的單位密封面積壓緊力,使墊片在彈性內變形且足以將法蘭表面上微觀的不平度填補嚴密不致產生泄漏的最小數值。即:
γ=P/A
式中:P--墊片的有效壓緊力;
A--墊片有效面積。
不同的墊片具有不同的y值,它與管系的工作壓力無關,即使管系工作壓力很低,墊片的γ值也不變。當管系升壓到達操作壓力時,因內壓產生的軸向力作用,趨于將兩片法蘭分開。于是作用在墊片上的緊固力減少。當墊片的有效截面上的緊固壓力小至某一臨界值時,仍能保持密封,這時在墊片上剩余緊固力即為有效緊固壓力。當小至臨界值以下時就會發生泄漏,甚至將墊片吹掉。因此,墊片的有效緊固力必須超過管系的操作壓力的m倍,即:
m=P/P1
式中:-墊片的有效壓緊力;
P1-管系的工作壓力。
通常稱m為墊片系數或剩余比壓系數,不同的墊片有不同的m值,且m隨墊片的硬度增大而增大。
墊片系數m值與預緊比壓y值都是墊片本身特有的數值,其值因墊片的形狀、材質等不同而異。如果墊片在螺栓預緊時承受了過大的壓緊力,有可能被壓縮成塑性變形而失去回彈能力,當法蘭密封面在介質壓力作用下產生分離時,墊片不能產生回彈去“貼緊”密封面,使其間不能保持足夠的接觸力(即墊片壓緊力)而引起泄漏。因此,墊片在預緊時,既要壓緊以使其單位有效密封面積上的壓緊力不小于γ值,又不能使其壓緊力過大以致被壓成塑性變形。對平面密封的情況,為防止墊片被壓成塑性變形應控制墊片預緊壓緊力不大于4γ。墊片在預緊時,如果單位有效密封面積上的壓緊力小于γ,會使“泄漏通道”不能消除,而達不到預密封要求;相反,當墊片預緊力過大(>4γ)時,由于墊片失去彈性,會使墊片在內壓作用時產生泄漏。墊片計算中墊片最小寬度的校核就是出于這一目的。但此校核允許以經驗替代,即墊片的最小寬度可按經驗確定(參考有關墊片標準決定)。當無經驗時,建議對其進行校核,以確保密封的可靠性。
墊片泄漏率是墊片密封性能的主要指標,各種墊片的泄漏率均按(GB 12358)《管法蘭用墊片密封性能試驗方法》測定。此方法同時可測定墊片的m、y值。非金屬和半金屬墊片的應力松弛率按GB/T 12621《管法蘭墊片應力松弛試驗方法》測得。這兩類墊片的壓縮率和回彈率按GB/T 12622《管法蘭墊片壓縮率及回彈率試驗方法》測定。此外,國標還規定了纏繞墊的試驗方法,見GB/T 14180。γ和m參數見表5.3.10和表5.3.11。