Una spiegazione completa del meccanismo di tenuta delle guarnizioni dello scambiatore di calore: dalla distribuzione della pressione di contatto al blocco del canale di perdita

1. Teoria di base del meccanismo di tenuta

Base fisiche del meccanismo di sigillatura

Teoria della pressione di contatto

L'essenza della sigillatura della guarnizione è quella di stabilire una sollecitazione di contatto sufficiente per compensare la pressione media

Pressione di tenuta minima efficace (coefficiente Y): lo stress di compressione minimo per la guarnizione per iniziare a produrre un effetto di tenuta

Coefficiente di guarnizione (M): il rapporto della pressione di contatto richiesta per mantenere la tenuta a media pressione (valore consigliato standard ASME PCC-1)

Interazione superficiale

L'area di contatto effettiva rappresenta solo il 5-15% dell'area di contatto apparente (teoria della superficie ruvida dei vimini)

Il micro-sigilla si ottiene riempiendo le vasche di superficie attraverso la deformazione plastica

La rugosità superficiale RA deve essere controllata a 3,2-6,3 μm (standard ISO 4288)

Caratteristiche di distribuzione della pressione di contatto

Formazione del campo di pressione tridimensionale

Distribuzione macroscopica della pressione generata dal carico del bullone della flangia

Picco di pressione di contatto locale (fino a 2-3 volte la pressione media)

Effetto del bordo: il 15% della pressione dell'area Attenuazione del bordo esterno della flangia raggiunge il 40%

Meccanismo di blocco del canale di perdita

Principio di sigillatura multi-scala

Scala macroscopica: il sistema flange-gasket forma una barriera meccanica

Scala microscopica: il materiale della guarnizione riempie difetti di superficie (＞ 90% della perdita si verifica in difetti superficiali di livello 10 μm)

Scala molecolare: blocco di permeazione delle catene polimeriche (particolarmente critiche per le molecole di gas)

Processo di tenuta dinamica

Fase di compressione iniziale: lo spessore della guarnizione diminuisce del 20-30%

Fase di rilassamento dello stress: perdita di precarico del 15-25% nelle prime 8 ore

Fase di lavoro: è necessario soddisfare: P_CONTACT ≥ M × P_MEDIA ΔP_TERMAL

2. Principio di lavoro della guarnizione dello scambiatore di calore

Principio di sigillatura di base

Deformazione elastica e pressione di contatto

La guarnizione subisce una deformazione elastica o plastica sotto l'azione del precarico del bullone, riempiendo la microscopica irregolarità tra flange o piastre (la rugosità superficiale di solito richiede RA≤3,2 μm).

Si forma un'area di contatto ad alta pressione locale (le guarnizioni in metallo possono raggiungere guarnizioni non metal di 200-500 MPA 50-150MPA), bloccando il percorso di penetrazione medio.

Meccanismo di legame superficiale

Livello microscopico: la flessibilità dei materiali di guarnizione (come grafite, PTFE) rende i picchi di rugosità superficiale insieme, eliminando i canali di perdita> 5μm.

Livello macroscopico: la struttura della guarnizione (come la forma d'onda, la forma del dente) compensa la deviazione del parallelismo della flangia attraverso la deformazione geometrica (la quantità di compensazione è generalmente 0,05-0,2 mm).

Adattabilità in condizioni di lavoro dinamiche

Compensazione del ciclo termico

La guarnizione deve avere prestazioni di rimbalzo (standard ASTM F36 richiede un tasso di rimbalzo di ≥40%) per compensare la differenza di espansione termica della flangia.

Adattamento della fluttuazione della pressione

Quando la pressione interna aumenta, la pressione media agisce sul bordo interno della guarnizione, formando un effetto autointestante (coefficiente autointestante della guarnizione della ferita metallica M = 2,5-3,0).

Condizioni di lavoro delle vibrazioni

Il design dell'usura anti-finzione (come il rivestimento PTFE) può ridurre l'usura della superficie di tenuta causata dalla vibrazione.

3. Guarnizione dello scambiatore di calore FAQ

• D1: Quali sono i principali tipi di guarnizioni dello scambiatore di calore?

Le guarnizioni dello scambiatore di calore sono principalmente divise in tre categorie:

Guarnizioni non metalliche: come gomma nitrile (NBR), EPDM, fluorobber, ecc., Adatto per condizioni di media e bassa temperatura (-50 ℃ ~ 200 ℃)

Galliere in metallo: comprese guarnizioni in rame, guarnizioni dentate in acciaio inossidabile, ecc.

Guarnizioni semi-metalliche: come guarnizioni di ferite in metallo (strisce di acciaio inossidabile di grafite), che hanno sia elasticità che resistenza e sono adatti per le condizioni del ciclo termico

• D2: Che ruolo svolge la guarnizione nello scambiatore di calore?

Le guarnizioni realizzano principalmente quattro funzioni:

Sigillatura: impedire ai fluidi caldi e freddi di miscelare o perdite

Tampone a pressione: compensare lo stress di assemblaggio tra flange/piastre

Isolamento medio: estendere il percorso di perdita attraverso la progettazione strutturale

Assorbimento delle vibrazioni: ridurre l'usura del micro-movimento durante il funzionamento dell'attrezzatura

• D3: Come giudicare se la guarnizione deve essere sostituita?

La guarnizione deve essere sostituita quando si verificano le seguenti condizioni:

Deformazione permanente di compressione> 25%

Crepe superficiali o fosse di corrosione chimica (profondità> 0,2 mm)

Tasso di rimbalzo dopo ciclo termico <30%

Tasso di perdita misurato> 3 volte il valore standard