Канструкцыя канаўкі металічнага ўшчыльняльніка: ключавыя фактары, якія ўплываюць на эфектыўнасць герметызацыі і тэрмін службы

Металічныя ўшчыльняльнікі шырока выкарыстоўваюцца ў асяроддзях з высокімі тэмпературамі, высокім ціскам, вакуумам, агрэсіўнымі і іншымі складанымі асяроддзямі, у тым ліку ў аэракасмічнай прамысловасці, паўправадніковым абсталяванні, вакуумных сістэмах, нафтахімічным абсталяванні, энергетычных сістэмах і прамысловым машынабудаванні, якое працуе пры высокіх тэмпературах. У параўнанні з эластамернымі ўшчыльняльнікамі, металічныя ўшчыльняльнікі маюць больш высокую тэмпературную і хімічную ўстойлівасць, а таксама доўгатэрміновую стабільнасць. Аднак іх герметычнасць больш залежыць ад памераў канаўкі і дакладнасці апрацоўкі.

Для металічных O-вобразных кольцаў, C-вобразных кольцаў, E-вобразных кольцаў і падобных вырабаў само ўшчыльненне з'яўляецца толькі адной часткай сістэмы ўшчыльнення.Правільная канструкцыя канаўкі вызначае, ці можа ўшчыльненне ствараць дастатковую кантактную нагрузку, вытрымліваць цеплавое пашырэнне і змены ціску, а таксама падтрымліваць надзейную герметычнасць падчас працяглай эксплуатацыі.

Чым адрозніваюцца канаўкі для металічных ушчыльняльнікаў ад звычайных канаўак для гумовых кольцаў?

Гумовыя ўшчыльняльныя кольцы ў асноўным абапіраюцца на пругкую дэфармацыю і пачатковае сцісканне для стварэння ціску ўшчыльнення. Металічныя ўшчыльняльнікі, наадварот, звычайна абапіраюцца на пластычную або пругка-пластычную дэфармацыю, спружыністае счапленне або спецыяльна распрацаваныя папярочныя сячэнні для стварэння высокага лакальнага кантактнага напружання на ўшчыльняльнай паверхні.

Такім чынам, канаўкі для металічных ушчыльняльнікаў нельга проста распрацоўваць у адпаведнасці са звычайнымі стандартамі гумовых ушчыльняльных кольцаў.

Пры праектаванні канаўкі варта ўлічваць:

Папярочны перасек ушчыльнення, сціск, глыбіня канаўкі, шырыня канаўкі, зазор ушчыльнення, становішча кантакту, рабочая тэмпература і перапады ціску.

Празмернае адхіленне любога з гэтых параметраў можа перашкодзіць усталяванню стабільнага кантактнага ціску ўшчыльнення.

Сцісканне з'яўляецца асноўным параметрам праектавання

Для большасці металічных герметызацыйных канструкцый вызначэнне адпаведнага сціску з'яўляецца адным з першых крокаў у праектаванні канаўкі.

Калі сцісканне недастатковае, кантактнае напружанне, якое ствараецца металічным ушчыльненнем, можа быць занадта нізкім, што прывядзе да ўцечкі пры нізкім ціску або вакууме, або калі абсталяванне падвяргаецца нязначнай дэфармацыі.

Аднак празмернае сцісканне можа выклікаць:

• Празмерная пластычная дэфармацыя металічнага ўшчыльняльніка;
• Значна большая сіла ўстаноўкі;
• Празмернае лакальнае напружанне;
• Складаная разборка;
• Зніжэнне магчымасці паўторнага выкарыстання;
• Пашкоджанне канаўкі або ўшчыльняльных паверхняў.

Такім чынам, глыбіню канаўкі варта дакладна вызначаць, зыходзячы з папярочнага сячэння ўшчыльнення, разліковага сціску і канструкцыі ўшчыльнення, а не спадзявацца выключна на вопыт мантажу.

Для пругкіх металічных C-вобразных і E-вобразных кольцаў неабходна таксама ўлічваць здольнасць самога ўшчыльнення да зваротнага ходу. У гэтых канструкцыях паз уплывае не толькі на пачатковае сцісканне, але і на здольнасць ўшчыльнення падтрымліваць кантактную сілу пры зменах тэмпературы і ціску.

Шырыня канаўкі павінна забяспечваць дастатковую прастору для дэфармацыі

Металічныя ўшчыльняльнікі дэфармуюцца падчас сціску, радыяльна або восева, у залежнасці ад іх структуры. Таму шырыня канаўкі не павінна проста адпавядаць папярочнаму сячэнню ўшчыльняльніка.

Калі паз занадта вузкая, ушчыльняльнік можа не мець дастаткова месца для дэфармацыі і можа празмерна датыкацца да бакавін пазы, ствараючы анамальныя напружанні.

Калі паз занадта шырокі, ушчыльняльнік можа зрушыцца падчас усталёўкі, асабліва пры вертыкальнай усталёўцы, вібруючым абсталяванні або ў выпадках, калі неабходна паўторна збіраць і разбіраць ушчыльняльнік. Гэта можа паўплываць на дакладнае пазіцыянаванне ўшчыльняльніка адносна ўшчыльняльных паверхняў.

Такім чынам, шырыня канаўкі павінна адпавядаць тром асноўным патрабаванням:

Забяспечце належную прастору для ўстаноўкі, дазвольце праектаваную дэфармацыю ўшчыльнення і прадухіліце непатрэбныя бакавыя перашкоды.

Для металічных ушчыльняльнікаў з рознымі канструкцыямі папярочнага сячэння адпаведную шырыню канаўкі варта вызначаць у залежнасці ад канкрэтнай канструкцыі вырабу і рабочага ціску.

Зазор ушчыльнення непасрэдна ўплывае на надзейнасць высокага ціску

Для металічных сістэм ушчыльнення высокага ціску зазор ушчыльнення з'яўляецца найважнейшым параметрам канструкцыі.

Пад ціскам металічнае ўшчыльненне можа дэфармавацца ў бок нізкага ціску. Калі зазор празмерны, ушчыльненне можа выціснуцца або празмерна дэфармавацца, што ў рэшце рэшт прывядзе да ўцечкі або незваротнага пашкоджання.

Такім чынам, пры праектаванні канаўкі для прымянення пад высокім ціскам варта ўлічваць:

Працоўны ціск, мяжа цякучасці матэрыялу, папярочны перасек ушчыльнення, зазор у спарцы і ўплыў тэмпературы на ўласцівасці матэрыялу.

Пры неабходнасці, супраціў экструзіі можна палепшыць, паменшыўшы зазор ушчыльняльніка, дадаўшы апорныя канструкцыі або аптымізаваўшы папярочны сячэнне ўшчыльняльніка.

Для абсталявання звышвысокага ціску можна выкарыстоўваць метад канчатковых элементаў для ацэнкі напружання і дэфармацыі ўшчыльнення пад фактычным рабочым ціскам.

Нельга выпускаць з-пад увагі радыусы пазы

Радыусы на дне пазы і бакавых сценках могуць здавацца нязначнымі дэталямі, але яны важныя для металічных ушчыльненняў.

Занадта малы радыус можа ўскладніць апрацоўку і стварыць канцэнтрацыю напружанняў. Вострыя краю і задзірыны таксама могуць пашкодзіць ушчыльненне падчас усталёўкі.

З іншага боку, празмерна вялікі радыус можа паўплываць на размяшчэнне ўшчыльнення і даступную прастору для сціскання.

Такім чынам, для дна пазы, бакавых сценак і ўваходу неабходна распрацаваць адпаведныя пераходныя радыусы ў адпаведнасці з канструкцыяй ўшчыльнення, а ўсе задзірыны павінны быць належным чынам выдалены.

Гэта асабліва важна для тонкасценных металічных ушчыльняльнікаў і канструкцый C-вобразных або E-вобразных кольцаў з тонкімі ўшчыльняльнымі абрамленнямі.

Аздабленне паверхні таксама ўплывае на эфектыўнасць герметызацыі

Металічныя ўшчыльняльнікі звычайна абапіраюцца на ўшчыльняльную паверхню, каб утварыць бесперапынны бар'ер. Такім чынам, стан паверхні канаўкі і спалучаных ушчыльняльных паверхняў непасрэдна ўплывае на канчатковую хуткасць уцечкі.

Відавочныя сляды апрацоўкі, драпіны, ямкі, карозія або іншыя дэфекты паверхні могуць ствараць шляхі ўцечкі, нават калі памеры ўшчыльнення правільныя.

Аднак больш гладкая паверхня не заўсёды азначае лепшую. Розныя канструкцыі металічных ушчыльненняў маюць розныя патрабаванні да аздаблення паверхні. Для ўшчыльненняў з пакрыццямі, гальванічнымі пакрыццямі або мяккімі металічнымі абалонкамі неабходна таксама ўлічваць сумяшчальнасць паміж мікраструктурай паверхні і ўшчыльняльным матэрыялам.

Такім чынам, канструкцыя канаўкі павінна вызначаць:

• Шурпатасць паверхні зоны ўшчыльнення;
• Кірунак апрацоўкі і паверхневы нахіл;
• Цвёрдасць паверхні;
• Плоскасць;
• Канцэнтрычнасць;
• Патрабаванні да кантролю дэфектаў герметызацыйнай паверхні.

Для высокага вакууму і высокай газанепранікальнасці якасць апрацоўкі ўшчыльняльнай паверхні часта мае большае значэнне, чым у традыцыйных прамысловых герметызацыях.

Пры праектаванні канаўкі неабходна ўлічваць змены тэмпературы

Металічныя ўшчыльняльнікі часта выкарыстоўваюцца ў высокатэмпературным абсталяванні, таму цеплавое пашырэнне з'яўляецца важным фактарам пры праектаванні.

Калі ўшчыльненне, фланец і корпус выраблены з розных матэрыялаў, яны могуць пашырацца па-рознаму пры змене тэмпературы. Калі паз не забяспечвае дастатковага запасу для гэтага змянення памераў, ціск ушчыльнення можа значна адрознівацца.

Па меры павышэння тэмпературы некаторыя канструкцыі могуць адчуваць дадатковае сцісканне; па меры паніжэння тэмпературы сцісканне матэрыялу можа паменшыць кантактны ціск.

Такім чынам, сістэмы ўшчыльнення металу для высокіх тэмператур не варта ацэньваць толькі пры пакаёвай тэмпературы. Варта таксама прааналізаваць фактычнае суадносіны памераў пры рабочай тэмпературы.

Для абсталявання, якое працуе пры высокіх тэмпературах, у вакууме або з цыклічнай нагрузкай, рэкамендуецца выкарыстоўваць разлікі цеплавога пашырэння або аналіз канчатковых элементаў для ацэнкі ўсёй сістэмы ўшчыльнення, а не толькі ўшчыльнення.

Розныя металічныя ўшчыльняльнікі патрабуюць рознай канструкцыі пазы

Нягледзячы на ​​тое, што металічныя ўшчыльняльнікі (O-O-, C- і E-образныя) з'яўляюцца металічнымі ўшчыльняльнікамі, іх механізмы працы адрозніваюцца, як і патрабаванні да канаўак.

Металічныя ўшчыльняльныя кольцыу асноўным ствараюць кантактны ціск праз папярочны сціск і адносна адчувальныя да памераў канаўкі, сціску і ўшчыльняльнага зазору.

Металічныя C-вобразныя кольцызвычайна маюць пэўную ступень пругкасці і ствараюць устойлівую сілу ўшчыльнення праз структуру сваіх вушэй. Пазы павінны дазваляць вушам дэфармавацца і правільна аднаўляцца.

Металічныя стопорныя кольцымаюць некалькі ўшчыльняльных абрысаў і эластычную структуру. Яны могуць забяспечваць некалькі ўшчыльняльных паверхняў, але іх памеры канаўкі, арыентацыя ўстаноўкі і даступная восевая прастора больш патрабавальныя.

Такім чынам, нельга выкарыстоўваць адну канаўку для ўсіх металічных ушчыльненняў. Канструкцыя павінна быць адаптаваная дапапярочны перасек ушчыльнення, матэрыял, працоўны ціск, тэмпература і ўмовы руху.

Канструкцыя пазы і спосаб усталёўкі павінны разглядацца разам

Металічныя ўшчыльняльнікі звычайна больш адчувальныя да ўмоў мантажу, чым эластамерныя ўшчыльняльнікі.

Уваходы ў пазы павінны быць без вострых краёў. Падчас усталёўкі ўшчыльняльнік не павінен быць перакручаны, падрапаны або лакальна дэфармаваны. Для накіраваных канструкцый C-вобразных і E-вобразных кольцаў арыентацыя ўстаноўкі таксама павінна адпавядаць кірунку ціску.

Калі абсталяванне патрабуе частай разборкі, пры праектаванні варта ўлічваць неабходнасць зняцця ўшчыльнення і прыдатнасць ушчыльнення для паўторнай усталёўкі.

Асабліва важна адзначыць, штоне ўсе металічныя пломбы можна паўторна выкарыстоўвацьМеталічныя ўшчыльняльнікі тыпу Crush падчас усталёўкі падвяргаюцца незваротнай дэфармацыі і, як правіла, не могуць гарантаваць першапачатковую герметычнасць пры паўторным выкарыстанні.

Такім чынам, на этапе праектавання пазы варта вызначыць, ці прызначаны ўшчыльняльнік для аднаразовага выкарыстання або для шматразовай усталёўкі.

Асноўны кантрольны спіс для праектавання канаўкі для металічнага ўшчыльнення

Выснова

Прадукцыйнасць металічнага ўшчыльняльніка залежыць не толькі ад матэрыялу ўшчыльняльніка і канструкцыі папярочнага сячэння.Паза таксама з'яўляецца асноўным элементам, які вызначае канчатковую эфектыўнасць герметызацыі.

Надзейная канструкцыя канаўкі павінна ўлічваць сціск, шырыню канаўкі, зазор ушчыльнення, шурпатасць паверхні, радыусы, спосаб усталёўкі, а таксама змены тэмпературы і ціску. Для прымянення пры высокіх тэмпературах, высокім ціску і вакууме можа спатрэбіцца аналіз паводзін матэрыялу і метад канчатковых элементаў для праверкі фактычнай дэфармацыі ўшчыльнення і кантактнага ціску.

Металічныя ўшчыльняльныя кольцы, C-вобразныя кольцы, E-вобразныя кольцы і іншыя канструкцыі не павінны мець адну стандартную канаўку. Кожная ўшчыльняльная канструкцыя павінна адпавядаць яе канкрэтным умовам эксплуатацыі.

Эфектыўная сістэма металічнага ўшчыльнення — гэта, па сутнасці, інтэграваная аптымізацыя канструкцыі ўшчыльнення + канструкцыі канаўкі + канструкцыі ўшчыльняльнай паверхні + аналізу ўмоў эксплуатацыі.Толькі пры правільным супадзенні гэтых элементаў металічныя ўшчыльняльнікі могуць цалкам рэалізаваць свае перавагі ў асяроддзях з высокай тэмпературай, высокім ціскам, вакуумам і спецыяльнымі асяроддзямі.