针对传统金属缠绕垫片的不足，本文研发出既满足缠绕垫片独特的优良性能，又具备整体垫片的刚性结构的新型H型复合缠绕垫片，解决了现有的V型或W型金属缠绕垫片的抗变形能力差，易发生散架和压溃的问题现象；提高了垫片在高压下的承受能力，从而保证了产品有足够的回弹性，减少了密封泄漏率。在低压下，起到了初始密封的效果，拓展了缠绕垫片在低压下的应用范围。
缠绕垫片密封是工业装置中广泛采用的静密封形式。目前，国内缠绕垫片生产厂家，所生产的缠绕垫片性能质量还不够稳定，尤其是大直径缠绕垫片（某些工况下，直径能达到2到3米以上），在生产制作和应用中存在以下长期以来未能解决的问题：金属缠绕垫片的损坏率较高；在制造过程中经常出现突然散架的情况；在运输和安装时，如果受到冲击或震动过大，也可能出现损坏和散架现象。现有的金属缠绕垫片散架、压溃后，不但影响设备检修进度，还可能引起灾难性事故。因此，新型结构的缠绕垫片密封在不断地加以改进和发展。
本文研制出一种的新型结构缠绕垫片，新颖的H型抗变形强化结构，独特的填料腔设计，合理的滚焊制作工艺，决定其泄漏量小、可靠性高、寿命长、适应性广。
1 新型缠绕垫片的构造
通过理论计算和多次试验，本项目设计出以下新型缠绕垫片结构：内外两端为“〈〉型”凸背型式的初始压力环（包括内环2和外环3），起初始密封的主要受力点；承压环1的上端与内环上边7、外环上边5之间形成上型腔，承压环1的下端与内环下边8、外环下边6之间形成下型腔，把非金属材料包覆在其腔体内部，使其不与液体接触；中间为金属承压环1作为横筋分离非金属填料4，使其达到承受高压密封的性能，提高了垫片自身高压的承受能力，又保证了有足够高的回弹性，减少了密封泄漏率；再加之其焊接方式的改变，承压环1、初始压力内环2、初始压力外环3之间采用层层焊接，避免了由于焊接不牢、焊接点少，造成松散的现象，可解决大直径垫片在生产和运输过程中的松散现象；还有效解决了螺栓紧固力不均匀或压力过大把垫片压扁，丧失弹性和降低密封性能的问题。可适用于耐高温、耐高压缠绕垫片领域的工况场所，见图1。 5-外环上边，6-外环下边，7-内环上边，8-内环下边。
图1 新型复合缠绕密封垫片结构示意图
1-承压环，2-初始压力内环，3-初始压力外环，4-非金属填料，
2 新型缠绕垫片主要技术指标
本产品从提升垫片整体刚度，增加回弹性能、扩大高压、低压使用范围的目的出发，进行H型金属缠绕复合密封垫片产品的结构和设计。通过整体采用H型骨架结构来增加垫片的整体刚度，改善了垫片的压力分布，从而有效解决了现有的金属缠绕垫片易损坏、散架的问题；利用成型钢带的压缩回弹性，将承压环、初始压力内、外环均由成型钢带与非金属带交替缠绕而成，增强了垫片密封的回弹性能；本产品中承压环与初始压力内、外环之间形成上、下填料型腔，起到在低扭矩下的初始密封作用，扩大了软填料密封的使用范围。产品经密封件产品检验中心抽样检测和用户试用，产品实物质量合格，完全能满足密封工作稳定性、安全性、长寿命和节能降耗的实际需求，并增强了低高压适应性，其各项性能指标均达到或优于《GB/T 4622.3-2007 缠绕式垫片 技术条件》规定的要求，详见表1。
表1 新型H型复合缠绕垫片技术指标
3 新型缠绕垫片主要创新点
本垫片属国内首次成功研制，是对缠绕垫片传统结构的重大创新。其主要创新点如下所示。
（1）新颖的H型抗变形强化结构。将传统缠绕垫片独特的优良性能与整体垫片的刚性结构进行有机复合，改变了垫片内部压紧力的受力方式，该结构可大幅度提高垫片整体刚度，解决了现有缠绕垫片使用中存在的抗变形能力差，易发生散架和压溃现象等问题。
（2）独特的填料腔设计。本产品设计了承压环与初始压力内环、外环之间形成的填料支撑腔，非金属填料均匀的复合在上下填料型腔内。在高压下，可补偿垫片自身层层叠加时产生的缝隙，有效提高了垫片在高压下的承受能力，从而保证了产品有足够的回弹性，减少了密封泄漏率。在低压下，起到了初始密封的效果，拓展了缠绕垫片在低压下的应用范围。
（3）合理的滚焊制作工艺。由于新型金属石墨复合缠绕垫片整体结构的改变，作为优选，承压环、初始压力内环、初始压力外环的金属带缠绕时，可由原有的点焊变为层层焊接，从而进一步提高了产品的刚度，增强了其对环境的适应性，有效避免了由于焊接不牢、焊接点少，所导致的松散现象。
4 新型缠绕垫片的应用效果
本垫片应用于石化、冶金、电力、核工业、机械等行业的管道、阀门、压力容器、冷凝器、换热器、塔、人孔、手孔等法兰连接处密封。产品经自贡华西阀门公司使用，评价为：新型金属石墨复合缠绕垫片在和通用型缠绕垫片相比较有了很大的提高，主要表现在产品整体刚度是传统缠绕垫片的100倍，垫片结构内部有足够的耐压能力，能杜绝类似事故的出现，从而有效地提高产品的使用周期，减少人员更换的使用频率，减少了各类费用的产生，有效地降低了生产成本，极大地提高了用户的经济效益；产品合理的填料腔结构，在高压下，可补偿垫片自身层层叠加时产生的缝隙，有效提高了垫片在高压下的承受能力，从而保证了产品有足够的回弹性，减少了密封泄漏率，同时，在低压下，也起到了初始密封的效果，可拓展缠绕垫片在低压下的应用范围。此种产品的应用，有效解决了一直困扰众多阀门单位的垫片散架和压溃现象，在同等工况条件下，替代现有金属缠绕垫，完全能达到密封工作稳定性、实用性的要求，可降低成本和安装投入30%，节约能耗15%以上，降低运行费用10%，能实现节能降耗目标，对高温高压阀门产品的提升起到了至关重要的作用。
5 结语
本产品在不改变金属缠绕垫密封基本性能的基础上，设计出既满足缠绕垫片独特的优良性能，又具备整体垫片的刚性的高性能H型加强结构复合垫片。产品结构合理，构思巧妙，具有较好的抗扭、抗弯和抗剪等机械性能，抗形变能力强，不容易发生散架和压溃现象，且能完全能够满足密封要求，性能指标完全达到相应要求，同时，可实现大幅节能降耗效果，具有较好的推广应用价值和良好市场前景。本产品的成功研制对密封行业的技术进步有极大的促进作用，具有较好的经济效益和社会效益。
