美国测试与材料学会(ASTM)垫圈国际委员会F03最近发布了最新的标准实践，以得出螺栓法兰连接(BFJs)的正确设计的垫圈设计常数:ASTM F2836-18。然后，垫片的最终用户可以使用这些垫片常数进行适当的BFJ设计，使用的计算方法目前正在由美国机械工程师协会(ASME)锅炉和压力容器规范(BPVC)第VIII节的一个特别工作组开发。本文对目前的试验程序、试验评价的数学模型和试验特性的计算进行了描述和讨论。
图1:伺服液压试验台示例(图片由Amtec North America, Inc.提供)背景
大多数行业专业人士都知道，用于流体服务的bfj是复杂的机械系统。为了创建高性能的BFJ，设计师不仅需要仔细考虑BFJ将遇到的使用条件，还需要考虑BFJ组件固有的性能特征。垫片本身就是这些关键的，但经常被忽视的部件之一，确定和量化垫片性能特征的努力已经持续了几十年。
美国最新发布的标准是ASTM F2836-18:螺栓连接设计垫圈常数的标准实践(通常称为室温密封性试验，或ROTT)。与以前过时的设计常数(如m和y因子)相比，这种方法产生的设计常数使bfj的设计更加健壮。
关键的垫圈常数产生的这个标准实践是一个Gb和G年代．这些常数有效地描述了垫圈材料的密封性行为，反映了不同的负载和使用条件。
除了应用于目前正在开发的ASME计算方法外，这些常数还可以用于比较材料，以便为应用选择合适的常数。
谁将使用ASTM F2836-18?
图2:高压测试序列ASTM F2836-18是一种氦泄漏测试和评估方法，用于根据ASME BPVC设计的加压螺栓法兰连接，在室温下确定基于密封性的设计常数。因此，ROTT主要适用于所有类型的圆形垫圈产品，包括但不限于，片状，螺旋缠绕，固体金属和夹套垫圈。
因此，这些常数对所有使用圆形衬垫并在生产高性能BFJ方面有既得利益的各方都有意义，包括最终用户、BFJ装配承包商和衬垫制造商。
测试过程
测试方法包括分析来自多个垫圈泄漏测试的数据，以计算特定型号和垫圈尺寸的上述三个设计常数。测试可以在一对尺寸适当的法兰中进行，使用螺栓来实现不同的垫圈负载，或者在具有足够容量的伺服液压试验台中进行(图1)。
总的来说，该过程包括2个6兆帕斯卡(MPa)(870磅/平方英寸[psi])的高压(HP)测试和2个2兆帕斯卡(290 psi)氦气的低压(LP)测试，总共对4个不同的样品进行了4个测试。除了内部压力的差异外，HP和LP测试在垫片加载顺序方面也有所不同。
高压测试由加载和卸载序列组成，连续不断地向垫圈上引入更高的负载，同时通过间歇卸载坡道中断加载序列。LP测试只包括一个加载序列。
图3:LP测试序列在这两项测试中，氦气泄漏率是在这些不同的垫圈负载下测量的。
为了测试评估和垫圈常数推导的目的，测试的不同加载序列分为A部分或B部分。A部分由加载序列组成，而B部分由卸载序列组成。因此，HP测试包含Part A和Part B两个序列，而LP测试只包含Part A。
HP和LP测试序列分别见图2和图3。
随着垫片载荷的增加，A部分模拟了垫片在接头中的组装，因此代表了垫片的坐垫过程。这部分测试的数据用于确定垫圈产生紧密密封所需的阀座负载。
图4:有效性检查规则B部分通过将试件卸载到不同的垫圈应力水平来模拟操作条件。在实际应用中，由于各种因素，包括内部压力和工作期间垫片的松弛效应，这可以复制垫片的卸载。B部分测试数据用于确定所需的操作垫圈负载，以保持严密的密封。
结果分析及垫片特性计算
在完成四项测试(两项HP测试和两项LP测试)后，必须执行验证程序(称为有效性检查)，以检查在各个垫圈应力下测量的氦泄漏在高压和低压测试对中是否具有令人满意的重复性。
高压试验和低压试验中相应步骤的泄漏量(以毫克/秒[mg/s]氦表示)直接比较，方法是将对的第一次试验的泄漏率(Lrm1)除以对的第二次试验的泄漏率(Lrm2)，得到一个比率:RLM．如果R的值为LM对于每个相应的测试步骤，都在图4所示的范围内。
地点:
P =流体压力(MPa)，
P* =参考压力(0.1013 MPa)，
lrm= ROTT垫片试件尺寸的质量泄漏率(mg/s);
lrm* =单位质量泄漏率(150mm垫圈外径为1mg /s)
方程1
一旦测试对之间可接受的重复性实现，垫片常数一个Gb和G年代可以计算。这些值的来源可以在所有四次测试的对数尺度上的垫片应力与密封性参数(泄漏的表达式，见公式1)的组合图上可视化(图5)。
图5:所有高压和低压测试的应力与泄漏的对数图Gb而且一个A部分数据集回归的特征是R的最大值2(最小二乘法)。
由标准定义的A部分数据有21个可能的集合，必须进行评估(图6)。
图6:可能用于评估的A部分数据集在回归后得到R的最大值的数据集2Gb为回归线在Tp= 1，而一个为该线的斜率(图5)。
与其他两个常数相比，卸载常数Gs的确定更为直接。Gs定义为Tp = 1处与B部分数据集各卸载序列回归相关的应力截距(图5)。
ASTM F2836-18标准实践，或ROTT，是美国标准化机构的最新出版物，旨在生产用于衬垫bfj设计的衬垫常数。加载和卸载垫圈的应力序列，结合在不同内部压力下的泄漏测试，可以创建垫圈常数，可以表征垫圈在广泛的安装和使用条件下的性能。
工业界已经对垫圈产品提出了这些常数要求，同时还在等待由ASME BPVC第VIII节特别工作组确定的设计公式的公布。