沟槽式钢桶封闭器法兰的密封最优化设计（1）

杨文亮

闭口钢桶的桶口封闭器装配，是整个闭口钢桶中结构最复杂的部位，零件也最多，也最容易产生渗漏安全问题。在实用中，一般情况下，钢桶的正常使用状态是桶顶向上，这种状态下，桶口的渗漏常常不被人发现。但当钢桶一旦处于横置状态，或出现意外事故发生时（如高温、高压、碰摔等），桶口的渗漏往往是致命的。

传统的法兰结构、密封垫圈的选用、桶口的结构尺寸、法兰的锁合方式等，都存在着不少缺陷，这些缺陷叠加起来，已成为钢桶渗漏的最关键问题。为了解决这一问题，近年来世界各国的封闭器制造商，都在不断推陈出新，研制出了不少性能优异的新型封闭器。其中沟槽式法兰就是最出色的一种。

沟槽式钢桶封闭器法兰，简称GRT法兰（Grooved Rolled Thread Flanges）。这种法兰早先是印度Technocraft公司的专利产品。事实证明，这种法兰抗渗漏和抗跌漏能力比传统法兰强得多。配合桶口冲孔翻边尺寸和密封垫圈的科学优化组合设计，以及S形锁装技术的应用，可以达到法兰密封的最佳状态。

一、传统封闭器法兰的密封缺陷

图1为常见的传统封闭器法兰锁合前后的结构示意图，图2为跌落试验后法兰与桶口锁合结构的变化情况。

由图1中可以看出，锁合后，由于八方模冲头的压力和翻边锁合压力的共同作用，法兰垫圈被压变形，变形沿水平方向和垂直方向向外延伸，使垫圈充满了法兰与桶顶间的缝隙。

在图2中可以看出，钢桶经过跌落后，桶顶部产生了变形，这个变形使桶顶与法兰的水平方向密封丧失，垫圈的水平压力失去，从而大大地减弱了法兰的密封效果。

图1 传统法兰的锁合状态

图2 传统法兰跌落试验后的状态

二、桶口冲孔翻边尺寸的优化

通常，桶口冲孔的模具都设计成直角，没有斜度（拔模斜度除外），法兰垫圈处也是直角，这样，法兰与桶口锁合后就没有留下垫圈放置的空间，常使垫圈的受挤压方向不确定，产生不规则流动，对垫圈的密封性能有较大影响。图3为常规桶口冲孔翻边尺寸。

图3 普通的G2桶口冲孔翻边尺寸

为了引导垫圈朝着预定的方向挤压，桶口冲孔翻边应增加一定的斜度。如图4所示，垫圈处桶口圆弧加大，直径适量加大。这样，有利于锁合时，垫圈沿垂直和水平方向较为顺畅的流动和延伸，有效增加图1中的垂直延伸“V”和水平延伸“H”的数值大小，从而增加垫圈的密封可靠性。 

图4 增加斜度的G2桶口冲孔翻边尺寸

三、最佳密封效果的法兰垫圈组合

为了获得最佳的密封效果，法兰垫圈的形状和尺寸也不能随意设计。最好是采用双垫圈，一个垫圈放置在上边，负责密封垂直方向的缝隙，一个垫圈放置在下边，负责密封水平方向的缝隙。

因为不同的密封垫圈材料，其弹性也不同，所以如果设计成统一的尺寸，则不能达到最佳的密封效果。而且上部垫圈负责垂直方向的密封，下部垫圈负责水平方向的密封，两个缝隙方向不同，所以密封垫圈的截面形状也应有所不同。

图5为常见G2法兰垫圈的截面形状，表1为法兰不同材料的密封垫圈及不同密封部位的最佳尺寸组合。  

图5 法兰垫圈的截面形状

表1 法兰垫圈的最佳尺寸
（单位：mm）

四、沟槽式（GRT）法兰的优化设计

沟槽式（GRT）法兰的结构，主要是将法兰八方座的内平面结构，优化为带有内沟槽的结构。这样的结构有利于法兰密封圈在水平方向的保持。经验告诉我们，普通的平面八方座法兰，在法兰与桶顶锁合时，常常会出现密封圈被挤出的现象。由于普通法兰没有沟槽，密封圈与桶口之间没有承受密封圈的空间，也没有阻挡密封圈挤出的障碍，所以在锁合时，密封圈的被挤出是必定会出现的。

普通法兰锁合后，既使密封圈不被挤出，在钢桶进行跌落试验后，密封圈的水平压力会全部丧失，其密封性能很难得到保障。而沟槽式法兰，由于边缘上翘，锁合时八方座边缘有一个向桶顶挤紧的预压力，当跌落试验后，即使桶顶产生变形，其水平方向的压力丧失也是有限的，在沟槽附近仍会保持一定的压紧力。

图6为沟槽式G2法兰的结构尺寸示意图。图7则为G3/4法兰的结构和尺寸示意图。图示尺寸只代表某种封闭器类型，仅供参考。

图6 沟槽式（GRT）G2法兰结构尺寸示意图

图7 沟槽式（GRT）G3/4法兰结构尺寸示意图

沟槽式钢桶封闭器法兰的密封最优化设计（1）

沟槽式钢桶封闭器法兰的密封最优化设计（2）