Uma explicação completa do mecanismo de vedação das juntas do trocador de calor: da distribuição de pressão de contato ao bloqueio de canais de vazamento

1. Teoria básica do mecanismo de vedação

Base física do mecanismo de vedação

Teoria da pressão de contato

A essência da vedação de juntas é estabelecer estresse de contato suficiente para compensar a pressão média

Pressão mínima de vedação efetiva (coeficiente y): a tensão compressiva mínima para a junta começar a produzir um efeito de vedação

Coeficiente de junta (M): a proporção da pressão de contato necessária para manter o selo e a pressão média (valor recomendado padrão do PCC-1)

Interação superficial

A área de contato real é responsável por apenas 5-15% da aparente área de contato (Wickers Rough Surface Theory)

A micro-vedação é alcançada preenchendo as calhas da superfície através de deformação plástica

A rugosidade da superfície RA deve ser controlada em 3,2-6.3μm (padrão ISO 4288)

Características de distribuição de pressão de contato

Formação do campo de pressão tridimensional

Distribuição de pressão macroscópica gerada pela carga do parafuso do flange

Pico de pressão de contato local (até 2-3 vezes a pressão média)

Efeito da borda: Atenuação da pressão de 15% da área da borda externa do flange atinge 40%

Mecanismo de bloqueio de canal de vazamento

Princípio de vedação em várias escalas

Escala Macroscópica: O sistema de gaxeta de flange forma uma barreira mecânica

Escala microscópica: o material da junta preenche os defeitos da superfície (＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ ＞ 90% do vazamento ocorre em defeitos de superfície do nível de 10μm)

Escala molecular: bloqueio de permeação de cadeias poliméricas (especialmente críticas para moléculas de gás)

Processo de vedação dinâmica

Estágio inicial de compressão: a espessura da junta diminui em 20 a 30%

Fase de relaxamento do estresse: 15-25% de perda de pré-carga nas primeiras 8 horas

Estágio de trabalho: precisa atender: p_contact ≥ m × p_media Δp_térmal

2. Princípio de trabalho da junta do trocador de calor

Princípio básico de vedação

Deformação elástica e pressão de contato

A junta passa por deformação elástica ou plástica sob a ação da pré -carga do parafuso, preenchendo a irregularidade microscópica entre flanges ou placas (a rugosidade da superfície geralmente requer Ra≤3,2μm).

Uma área de contato de alta pressão local é formada (as juntas de metal podem atingir 200-500MPa, juntas não-metal 50-150MPa), bloqueando o caminho de penetração média.

Mecanismo de ligação de superfície

Nível microscópico: a flexibilidade dos materiais de junta (como grafite, PTFE) faz com que os picos de rugosidade da superfície se encaixem, eliminando canais de vazamento> 5μm.

Nível macroscópico: a estrutura da junta (como forma de onda, formato do dente) compensa o desvio do paralelismo do flange através da deformação geométrica (a quantidade de compensação é geralmente de 0,05-0,2 mm).

Adaptabilidade em condições dinâmicas de trabalho

Compensação do ciclo térmico

A junta precisa ter desempenho de recuperação (o padrão ASTM F36 requer uma taxa de recuperação de ≥40%) para compensar a diferença de expansão térmica do flange.

Adaptação de flutuação de pressão

Quando a pressão interna aumenta, a pressão média atua na borda interna da junta, formando um efeito de combate autônomo (coeficiente de aperto auto-aperfeiçoamento da junta da ferida de metal m = 2,5-3.0).

Condições de trabalho de vibração

O design de desgaste anti-freta (como o revestimento PTFE) pode reduzir o desgaste da superfície de vedação causada pela vibração.

3. Junta do trocador de calor Perguntas frequentes

• Q1: Quais são os principais tipos de juntas de trocador de calor?

Juntas do trocador de calor são divididas principalmente em três categorias:

Juntas não metálicas: como borracha nitrila (NBR), EPDM, fluororberber, etc., adequado para condições de média e baixa temperatura (-50 ℃ ~ 200 ℃)

Juntas de metal: incluindo juntas de cobre, juntas dentadas de aço inoxidável, etc., resistentes a alta temperatura e alta pressão (até 800 ℃/25mpa)

Juntas semi-metálicas: como juntas de feridas de metal (tiras de aço inoxidável de grafite), que têm elasticidade e força e são adequadas para condições de ciclo térmico

• P2: Qual o papel da junta no trocador de calor?

As juntas percebem principalmente quatro funções:

Vedação: impedir que os fluidos quentes e frios se misturem ou vazem

Buffer de pressão: compensar a tensão de montagem entre flanges/placas

Isolamento médio: estender o caminho de vazamento através do projeto estrutural

Absorção de vibração: reduza o desgaste micro-movimento durante a operação do equipamento

• Q3: Como julgar se a junta precisa ser substituída?

A junta deve ser substituída quando ocorrem as seguintes condições:

Deformação permanente de compressão> 25%

Rachaduras na superfície ou poços de corrosão química (profundidade> 0,2 mm)

Taxa de recuperação após ciclismo térmico <30%

Taxa de vazamento medida> 3 vezes o valor padrão