Eine vollständige Erläuterung des Versiegelungsmechanismus von Wärmetauscherdichtungen: Von der Kontaktdruckverteilung bis zur Leckagekanalblockierung

1. Grundtheorie des Versiegelungsmechanismus

Physikalische Basis des Dichtungsmechanismus

Kontaktdrucktheorie

Die Essenz der Dichtungsversiegelung besteht darin, eine ausreichende Kontaktspannung zu ermitteln, um den mittleren Druck auszugleichen

Minimaler effektiver Dichtungsdruck (Y -Koeffizient): Die minimale Druckspannung für die Dichtung, um einen Versiegelungseffekt zu erzeugen

Dichtungskoeffizient (M): das Verhältnis des Kontaktdrucks, der zur Aufrechterhaltung der Dichtung auf den mittleren Druck erforderlich ist (ASME PCC-1-Standardwert)

Oberflächeninteraktion

Die tatsächliche Kontaktfläche macht nur 5-15% der scheinbaren Kontaktfläche aus (Wickers Rough Surface Theory)

Mikroversiegelung wird erreicht, indem die Oberflächentäler durch plastische Verformung gefüllt werden

Die Oberflächenrauheit RA sollte bei 3,2-6,3 μm kontrolliert werden (ISO 4288 Standard)

Kontaktdruckverteilungsmerkmale

Dreidimensionale Druckfeldbildung

Makroskopische Druckverteilung durch Flanschschraubenlast erzeugt

Lokaler Kontaktdruck Peak (bis zu 2-3-mal der durchschnittliche Druck)

Randeffekt: 15% Flächendruck Abschwächung der Außenkante Flansch erreicht 40%

Leckage -Kanalblockierungsmechanismus

Multi-Scale-Versiegelungsprinzip

Makroskopische Skala: Das Flansch-Gasket-System bildet eine mechanische Barriere

Mikroskopische Skala: Dichtungsmaterial füllt Oberflächendefekte (＞ 90% der Leckage tritt in Oberflächendefekten von 10 μm Niveau auf)

Molekulare Skala: Permeationsperrung von Polymerketten (besonders kritisch für Gasmoleküle)

Dynamischer Versiegelungsprozess

Anfangskompressionsstufe: Dichtendicke nimmt um 20-30% ab

Stressentspannungsphase: 15-25% Vorspannverlust in den ersten 8 Stunden

Arbeitsstufe: müssen sich treffen: P_Contakt ≥ m × p_media Δp_thermal

2. Arbeitsprinzip der Wärmetauscherdichtung

Grundlegendes Versiegelungsprinzip

Elastische Verformung und Kontaktdruck

Die Dichtung unterliegt einer elastischen oder plastischen Verformung unter der Wirkung von Bolzenvorladen, wodurch die mikroskopische Unebenheit zwischen Flanschen oder Platten füllt (Oberflächenrauheit erfordert normalerweise RA ≤ 3,2 μm).

Eine lokale Hochdruckkontaktfläche wird gebildet (Metalldichtungen können 200-500 MPa, Nichtmetalldichtungen 50-150 mPa) und den mittleren Penetrationspfad blockieren.

Oberflächenbindungsmechanismus

Mikroskopischer Niveau: Die Flexibilität von Dichtungsmaterialien (wie Graphit, PTFE) lässt die Oberflächenrauheitspeaks zusammenpassen, wodurch die Leckagen> 5 μm eliminiert wird.

Makroskopischer Niveau: Die Dichtungsstruktur (wie Wellenform, Zahnform) kompensiert die Flanschparallelitätsabweichung durch geometrische Deformation (die Kompensationsmenge beträgt normalerweise 0,05-0,2 mm).

Anpassungsfähigkeit unter dynamischen Arbeitsbedingungen

Wärmezykluskompensation

Die Dichtung muss eine Rückprallleistung (ASTM F36 Standard erfordert eine Rückprallrate von ≥ 40%), um die thermische Expansionsdifferenz des Flansches auszugleichen.

Druckschwankungsanpassung

Wenn der Innendruck zunimmt, wirkt der mittlere Druck auf die innere Kante der Dichtung und bildet einen selbstverständlichen Effekt (Selbstverkleidungskoeffizient der Metallwunddichtung M = 2,5-3,0).

Vibrationsarbeitsbedingungen

Anti-Fett-Verschleißkonstruktion (z. B. PTFE-Beschichtung) kann den Verschleiß der durch Vibration verursachten Versiegelungsfläche verringern.

3. Wärmetauscherdichtung FAQ

• F1: Was sind die Haupttypen von Wärmetauscherdichtungen?

Wärmetauscherdichtungen sind hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt:

Nichtmetallische Dichtungen: wie Nitrilkautschuk (NBR), EPDM, Fluororubber usw., geeignet für mittlere und niedrige Temperaturbedingungen (-50 ° C ~ 200 ℃) geeignet

Metalldichtungen: einschließlich Kupferdichtungen, Zahndichtungen aus rostfreiem Stahl usw., resistent gegen hohe Temperatur und Hochdruck (bis zu 800 ℃/25 mPa)

Halbmetallische Dichtungen: wie Metallwunddichtungen (Graphit Edelstahlstreifen), die sowohl Elastizität als auch Festigkeit aufweisen und für Wärmezyklusbedingungen geeignet sind

• F2: Welche Rolle spielt die Dichtung im Wärmetauscher?

Dichtungen erkennen hauptsächlich vier Funktionen:

Versiegelung: Verhindern

Druckpufferung: Kompensieren Sie die Montagespannung zwischen Flanschen/Platten

Medium -Isolation: Verlängern Sie den Leckweg durch strukturelles Design

Vibrationsabsorption: Reduzieren Sie den Mikrobewegungsnutzen während des Gerätebetriebs

• F3: Wie beurteilen Sie, ob die Dichtung ersetzt werden muss?

Die Dichtung sollte ersetzt werden, wenn die folgenden Bedingungen auftreten:

Dauerhafte Verformung von Kompression> 25%

Oberflächenrisse oder chemische Korrosionsgruben (Tiefe> 0,2 mm)

Rückprallrate nach thermischem Radfahren <30%

Gemessene Leckage> 3 -mal der Standardwert