توضیح کاملی از مکانیسم آب بندی واشرهای مبدل حرارتی: از توزیع فشار تماس گرفته تا مسدود کردن کانال نشت

1. تئوری اساسی مکانیسم آب بندی

اساس فیزیکی مکانیسم آب بندی

نظریه فشار تماس

ماهیت آب بندی واشر ایجاد استرس تماس کافی برای جبران فشار متوسط است

حداقل فشار آب بندی مؤثر (ضریب y): حداقل استرس فشاری برای واشر برای شروع به ایجاد اثر آب بندی

ضریب گاسکت (M): نسبت فشار تماس مورد نیاز برای حفظ مهر و موم به فشار متوسط (ASME PCC-1 استاندارد توصیه شده)

تعامل سطحی

منطقه تماس واقعی تنها 5-15 ٪ از منطقه تماس ظاهری را تشکیل می دهد (تئوری سطح خشن Wickers)

ریزآشتگی با پر کردن فرورفتگی های سطح از طریق تغییر شکل پلاستیک حاصل می شود

زبری سطح RA باید در 3.2-6.3μm کنترل شود (استاندارد ISO 4288)

ویژگی های توزیع فشار تماس

تشکیل میدان فشار سه بعدی

توزیع فشار ماکروسکوپی تولید شده توسط بار پیچ فلنج

اوج فشار تماس محلی (حداکثر 2-3 برابر فشار متوسط)

اثر لبه: ضعف فشار منطقه 15 ٪ لبه بیرونی فلنج به 40 ٪ می رسد

مکانیسم مسدود کننده کانال نشت

اصل آب بندی چند مقیاس

مقیاس ماکروسکوپی: سیستم فلنج واشر یک مانع مکانیکی را تشکیل می دهد

مقیاس میکروسکوپی: مواد واشر نقص سطح را پر می کند (90 ٪ پوند نشت در نقص سطح سطح 10 میکرومتر رخ می دهد)

مقیاس مولکولی: مسدود شدن نفوذ زنجیره های پلیمری (به ویژه برای مولکول های گاز بسیار مهم است)

روند آب بندی پویا

مرحله فشرده سازی اولیه: ضخامت واشر 20 تا 30 ٪ کاهش می یابد

مرحله آرامش استرس: 15-25 ٪ از بین رفتن از دست بار در 8 ساعت اول

مرحله کار: نیاز به ملاقات: p_contact ≥ m × p_media Δp_thermal

2. اصل کار واشر مبدل حرارتی

اصل مهر و موم سازی اساسی

تغییر شکل الاستیک و فشار تماس

واشر تحت عمل از پیش بارگذاری پیچ ، تغییر شکل الاستیک یا پلاستیکی قرار می گیرد و ناهمواری میکروسکوپی بین فلنج ها یا صفحات را پر می کند (زبری سطح معمولاً به Ra≤3.2μmm نیاز دارد).

یک منطقه تماس با فشار بالا محلی تشکیل شده است (واشرهای فلزی می توانند به 200-500MPA ، واشرهای غیر فلزی 50-150mpa برسند) و مسیر نفوذ متوسط را مسدود می کنند.

مکانیسم پیوند سطحی

سطح میکروسکوپی: انعطاف پذیری مواد واشر (مانند گرافیت ، PTFE) باعث می شود قله های زبری سطح در کنار هم قرار بگیرند و کانال های نشت> 5μm را از بین ببرند.

سطح ماکروسکوپی: ساختار واشر (مانند شکل موج ، شکل دندان) انحراف موازی فلنج را از طریق تغییر شکل هندسی جبران می کند (مقدار جبران خسارت معمولاً 0.05-0.2 میلی متر است).

سازگاری در شرایط کار پویا

جبران چرخه حرارتی

واشر برای جبران اختلاف گسترش حرارتی فلنج ، باید عملکرد برگشتی داشته باشد (استاندارد ASTM F36 نیاز به نرخ بازگشت به 40 ٪) دارد.

سازگاری نوسان فشار

هنگامی که فشار داخلی افزایش می یابد ، فشار متوسط در لبه داخلی واشر عمل می کند و یک اثر خود تحریک کننده را تشکیل می دهد (ضریب خود تحریک کننده واشر زخم فلزی M = 2.5-3.0).

شرایط کار ارتعاش

طراحی سایش ضد یخ زدگی (مانند پوشش PTFE) می تواند سایش سطح آب بندی ناشی از لرزش را کاهش دهد.

3. واشر مبدل حرارتی پرسش

• Q1: انواع اصلی واشرهای مبدل حرارتی چیست؟

واشرهای مبدل حرارتی عمدتا به سه دسته تقسیم می شوند:

واشرهای غیر فلزی: مانند لاستیک نیتریل (NBR) ، EPDM ، فلوئوروبیبر و غیره ، مناسب برای شرایط دمای متوسط و پایین (200 ℃ ℃ 200 ℃)

واشرهای فلزی: از جمله واشرهای مس ، واشرهای دندانه دار استیل و غیره ، در برابر درجه حرارت بالا و فشار زیاد مقاوم است (حداکثر 800 ℃/25MPa)

واشرهای نیمه فلزی: مانند واشرهای زخم فلزی (نوارهای استیل ضدزنگ گرافیت) ، که دارای خاصیت ارتجاعی و استحکام هستند و برای شرایط چرخه حرارتی مناسب هستند

• Q2: واشر در مبدل حرارتی چه نقشی دارد؟

واشرها عمدتا چهار کارکرد را درک می کنند:

آب بندی: از مخلوط کردن یا نشت مایعات گرم و سرد جلوگیری کنید

بافر فشار: جبران استرس مونتاژ بین فلنج/صفحات

جداسازی متوسط: مسیر نشت را از طریق طراحی ساختاری گسترش دهید

جذب لرزش: سایش میکرو حرکت را در حین کار تجهیزات کاهش دهید

• Q3: چگونه قضاوت کنیم که آیا واشر باید جایگزین شود؟

واشر باید در صورت بروز شرایط زیر جایگزین شود:

تغییر شکل دائمی فشرده سازی> 25 ٪

ترک های سطحی یا چاله های خوردگی شیمیایی (عمق> 0.2 میلی متر)

میزان بازگشت دوباره پس از دوچرخه سواری حرارتی <30 ٪

میزان نشت اندازه گیری شده> 3 برابر ارزش استاندارد $ $