[00119308]核级嵌入式石墨金属垫片

1.课题来源与背景 课题来源：项目经浙江省经信委备案为浙江省省级工业新产品开发项目,项目备案号为：201101AB0098。 课题背景：由于超高真空、高温和高压以及核能、航天和军工等技术密集型行业的迅速发展,需要一种高性能密封垫片应用于上述行业已是迫在眉睫的问题,在核电行业更是如此。国外一些公司对于核电高性能密封垫片的研究较早,掌握着此类垫片的关键技术,在市场中占据垄断地位,因此我国核电设备使用的高性能密封垫片只能依靠国外进口,这制约了我国核电行业密封产品国产化的进程。因此,我公司开展并独立研发成功了核级嵌入式石墨金属垫片。 2.技术原理及性能指标 核级嵌入式石墨金属垫片是采用石墨基材料经抗氧化处理,在高温膨化时经脱硫及去除有害气体技术处理后压制成石墨卷材,再分切成带材缠绕于特定模具中,并在柔性石墨主密封面设计防溢槽,最后同时支撑和限制柔性石墨环的不锈钢内外环组合而成,其中外环经固溶处理,表面加工若干波齿并用柔性石墨加以填充起辅助密封作用。 该产品的主要技术指标如下： 压缩率% 18～27 回弹率% ≥20 应力松弛率% ≤10 密封泄漏率（He）Pa·m3/s ≤1.0×10-6 3.技术的创造性与先进性 该产品技术的创造性与先进性体现在垫片结构设计和工艺参数。 一、垫片结构设计：首先在垫片外环设计上,由膨胀石墨环和金属内外环组合而成的垫片置于法兰的两个突密封面之间,金属内外环起限制环起着支撑和限制石墨环的作用,同时经固溶处理的外环在内径处上下表面设计有若干同心波齿,并用高纯度石墨加以填充,当主密封预紧到一定时,低硬度奥氏体不锈钢外定位环E厚度处由于预先接触,因此其较低的表面硬度和波形填充高纯度石墨部位起到辅助密封的作用,同时通过精确设计的膨胀石墨密封垫片可以获得比金属缠绕式垫片更好的机械性能和密封性能,更好的对载荷波动的适应性以及性能的重复性。其次在垫片主密封防溢槽的设计上,确保垫片主密封面宽度不变的情况下在内外径处各设计一个凹槽,凹槽深度略低于内外环高度,称之为防溢槽。在垫片预紧时,因为有防溢槽的存在,使得垫片更加容易压缩,可在低预紧状态下,依然有极佳的密封性能;当预紧到一定压力时,膨胀石墨主密封面会填充内外径两处防溢槽,防止膨胀石墨主密封在压缩过程中的外溢,确保了垫片的稳定性,同时在生产过程中,满足了工艺需求,对于垫片实际加工处方面大有好处,特别是对内外环的定位和垫片的脱模方面尤为突出。 二、工艺参数：因为核级嵌入式石墨金属垫片中膨胀石墨的装配密度对于垫片的整体性能起着决定性作用,为了研究膨胀石墨装配密度的最佳配制情况,为此我们在垫片同等内外径和厚度的情况分别制作了4种不同装配密度的垫片,通过实验得出结论：垫片随着装配密度的增大,压缩率减小,回弹率变大,泄漏率呈下降趋势,得出ρ3=1.6g/cm3为最佳装配密度,且压缩、回弹、泄漏各项指标均符合标准。同时,垫片基材采用自产膨胀石墨,具有低烧失、高纯度、低有害离子含量、抗强辐照的优异性能,垫片在膨胀石墨装配密度ρ3=1.6g/cm3和在350°的试验温度下,应力松弛为8.7%,符合标准,这是因为膨胀石墨本身就有着优异的抗应力松弛的性能,且膨胀石墨含碳量越高,抗松弛性能越好,而自产核级石墨基材中含碳量达到99.5%以上,因此垫片在抗应力松弛性能方面显然符合标准要求。 综上所述,该垫片具有优异密封性能和良好的压缩、回弹性能及较小应力松弛率;可消除压力、温度变化和机械振动的影响,能在高温、低温、热交变、高 真空、冲击振动等循环交变的各种苛刻条件下,保持其优良性能,完全符合核电行业对高性能密封垫片的使用要求。 4.技术的成熟程度,适用范围及安全性 该产品已通过浙江省经信委省级工业新产品鉴定,同时获得两项实用新型专利授权。该产品凭借自身可靠的密封性能,完全能够应用于复杂、苛刻、无污染的核电行业,打破了国外公司对该行业高性能密封垫片技术的垄断。满足了核能、航天、军工、石油炼制、化工、热电、燃气等诸多行业的设备、工艺管路对高性能密封垫片的需求。 5.实际应用情况 该产品经中国核工业第五建设有限公司、苏州纽威阀门有限公司、宝钢不锈钢有限公司等多家企业使用,各项技术性能指标均达到设计要求,很好地满足了客户生产需要。产品可广泛应用在石油、化工、化纤、船舶、造纸、电力、冶金等行业的静密封,既解决了“跑、冒、滴、漏”的问题,又延长了机械设备的使用寿命,市场潜力巨大,前景广阔。