摘　要：本文通過新型浮動碟簧的結(jié)構(gòu)特點和變形補償?shù)脑?，著重描述了浮動碟簧如何有效的解決溫度壓力變化大的管道設(shè)備中的泄漏問題。

關(guān)鍵詞：浮動預(yù)緊　碟簧　溫度壓力變化　泄漏

1　前言

各種規(guī)格的金屬管線、閥門及設(shè)備，其連接方式主要是法蘭連接、螺紋連接以及焊接連接等。在城市燃?xì)鈭稣镜葓鏊?，管道與設(shè)備以及設(shè)備與設(shè)備上的元件等的連接采用最多的是法蘭連接方式。這樣，法蘭、螺栓和密封件等就構(gòu)成了一個完整的連接系統(tǒng)。

對于城市燃?xì)鈭稣镜纫兹家妆瑘鏊?，連接系統(tǒng)的密封是否可靠非常重要。由于管道和設(shè)備的安裝通常是在常溫常壓下進(jìn)行的，就不可避免出現(xiàn)管道和設(shè)備系統(tǒng)在投用前，系統(tǒng)是密封完好的，但當(dāng)管道及設(shè)備系統(tǒng)運行后，隨著溫度及壓力的升降，經(jīng)過多次反復(fù)后，部分連接系統(tǒng)會逐漸出現(xiàn)泄漏，即便是通過擰緊緊同螺栓也無法徹底解決泄漏隱患，嚴(yán)重時，會影響到管線設(shè)備的正常運行。

有研究表明，由于密封墊片的質(zhì)量問題造成的泄漏只占很小一部分，50％—80％的泄漏是因為連接系統(tǒng)的連接副件，如連接螺栓的預(yù)緊力松弛造成的。其原因是運行過程中管道或設(shè)備隨著環(huán)境溫度和運行壓力的變化，管道、法蘭、螺栓之間的熱脹冷縮速率和變形系數(shù)不同，造成連接系統(tǒng)連接螺栓預(yù)緊力的松弛，從而導(dǎo)致泄漏的發(fā)生。環(huán)境溫度以及運行壓力變化幅度越大，造成螺栓預(yù)緊力松弛的現(xiàn)象越嚴(yán)重，系統(tǒng)泄漏也就越嚴(yán)暈。

2　浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)的結(jié)構(gòu)特性及工作原理

2．1　浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)的工作原理

浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)是在法蘭與螺母之間通過加設(shè)浮動碟簧，利用浮動碟簧的彈性使法蘭密封而密封的技術(shù)措施。浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)的工作原理是：當(dāng)螺栓螺母擰緊時，浮動碟簧吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)化為位能(勢能)并發(fā)生軸向形變(軸向被壓縮)，當(dāng)管道或設(shè)備由于溫度、壓力變化或機(jī)械振動導(dǎo)致螺栓的預(yù)緊力松弛時，它釋放的位能(勢能)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，對螺栓的預(yù)緊力進(jìn)行補償，使螺栓的預(yù)緊力始終保持在墊片密封所需要的預(yù)緊力范圍內(nèi)。

2．2　浮動碟簧的結(jié)構(gòu)特性

浮動碟簧采用了類似普通蝶形彈簧的碟形結(jié)構(gòu)。它用的是高彈性模量的合金材料加工而成。其結(jié)構(gòu)特點：簧片較厚、拱高較小。簧片厚度t要比相同直徑大小的普通蝶形彈簧厚，而拱高h0則比相同直徑大小的普通蝶形彈簧的h0小。其結(jié)構(gòu)型式如圖1所示。

由于該浮動碟簧材質(zhì)以及其結(jié)構(gòu)特性，它能以很小行程提供較大的軸向補償空間。浮動碟簧的行程與載荷呈線性關(guān)系，載荷力隨著行程位移的增加而增大，當(dāng)行程達(dá)到最大時，載荷力也達(dá)到峰值。所以，它能保證在有效的行程范圍內(nèi)提供適合密封墊片密封的壓力。

2．3　浮動碟簧與螺栓、螺母的裝配關(guān)系及特點

浮動碟簧與螺栓、螺母的裝配關(guān)系如圖2所示。

在實際應(yīng)用中可根據(jù)工況選擇在螺栓的一端或兩端使用浮動碟簧。當(dāng)單片浮動預(yù)緊碟簧的有效行程不足以補償各種因素如溫度變化、壓力變化或機(jī)械振動造成的松弛位移時，可采用在螺栓的雙側(cè)各使用一片浮動預(yù)緊碟簧，這樣，有效行程增加了一倍，能滿足絕大多數(shù)情況下的補償要求。如有其他特殊要求還可采用多片疊加組合使用的方式。

由于浮動預(yù)緊碟簧較小的尺寸，能滿足法蘭、螺栓、螺母間較小的安裝空間要求，因此，安裝和維護(hù)維修均較方便。

2．4　浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)密封技術(shù)特色分析

運行中的管道設(shè)備系統(tǒng)隨著溫度、壓力的逐漸升高，連接法蘭首先膨脹，使得法蘭間的密封墊片被進(jìn)一步壓縮，并逐漸傳導(dǎo)到螺栓上時，螺栓開始膨脹，造成預(yù)緊力松弛的趨勢，由于螺栓的膨脹量較大，這種預(yù)緊力松弛最終會使密封墊片上的比壓小于墊片所需的最小密封比壓，造成密封失效。尤其是當(dāng)連接系統(tǒng)從較高溫度或較大壓力逐漸下降時，法蘭比螺栓要先收縮，密封墊片上的比壓會迅速大幅下降，此時，連接系統(tǒng)的泄漏更容易發(fā)生。而采用浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)，當(dāng)螺栓螺母擰緊時，浮動碟簧被壓縮到一定程度并存儲能量；當(dāng)螺栓開始收縮或者載荷減小時，碟簧開始恢復(fù)原狀，并將存儲的彈性能量轉(zhuǎn)化為力施加到法蘭上，時刻保證了密封墊片的比壓在有效的范圍內(nèi)。它使因溫度或壓力變化造成的法蘭及螺栓的膨脹收縮而產(chǎn)生的密封墊片預(yù)緊力松弛進(jìn)行及時有力的補償，有效的解決了法蘭連接中的螺栓預(yù)緊力松弛問題。

連接系統(tǒng)溫度和壓力變化幅度越大、預(yù)緊碟簧技術(shù)優(yōu)勢越明顯。對于震動較大的場所，預(yù)緊碟簧技術(shù)優(yōu)勢更為明顯。

3　結(jié)語

浮動碟簧預(yù)緊技術(shù)具有空間占用小、安裝使用方便、補償能力強(qiáng)、安全可靠等優(yōu)點，它是一種新型安全有效的密封補償手段，它將不僅僅在燃?xì)獾纫兹家妆瑘鏊档猛茝V使用，還將會在更多領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。

本文作者：黎明生　王彥馨

作者單位：武漢市天然氣有限公司