Μεταλλικοί κοίλοι δακτύλιοι Ο: Αρχές, πλεονεκτήματα και αυλακώσεις εγκατάστασης

Ο μεταλλικός κοίλος δακτύλιος Ο είναι ένας κυκλικός δακτύλιος στεγανοποίησης κατασκευασμένος από μεταλλικό σωλήνα, συνήθως με κυκλική διατομή (αν και είναι επίσης δυνατές οβάλ, ορθογώνιες κ.λπ.). Λειτουργεί παραμορφούμενος ελαστικά υπό συμπίεση για να γεμίσει τα μικροκενά μεταξύ των διεπαφών στεγανοποίησης, επιτυγχάνοντας έτσι στεγανοποίηση. Σε αντίθεση με τις ελαστομερείς σφραγίδες, έχει σχεδιαστεί ειδικά για να αντιμετωπίζει προκλήσεις στεγανοποίησης σε ακραία περιβάλλοντα που περιλαμβάνουν υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση, υψηλό κενό και ισχυρή διάβρωση.

​I. Αρχή λειτουργίας: Ελαστική παραμόρφωση και σφράγιση επαφής γραμμής​

Η αρχή στεγανοποίησης του μεταλλικού κοίλου δακτυλίου Ο βασίζεται στον κλασικό μηχανισμό «επαφής γραμμής», ο οποίος περιλαμβάνει τα ακόλουθα βασικά βήματα:

1. ​Προφόρτιση και επαφή γραμμής:​
   • Όταν οι φλάντζες ή οι σύνδεσμοι σφίγγονται με μπουλόνια, το κάλυμμα της αυλάκωσης ασκεί αξονική δύναμη συμπίεσης στον μεταλλικό κοίλο δακτύλιο Ο.
   • Αυτή η δύναμη προκαλεί την τριβή του τοιχώματος του κοίλου μεταλλικού δακτυλίου.ελαστική παραμόρφωση(επιπέδωση), πιέζοντας σφιχτά το εξωτερικό του τοίχωμα στο κάτω μέρος της εγκοπής στεγανοποίησης και στην πλάκα κάλυψης, σχηματίζοντας μια συνεχή ταινία στεγανοποίησης «επαφής γραμμής». Αυτή η αρχική επαφή παρέχει τη βασική στατική στεγανοποίηση.
2. ​Σφράγιση με υποβοήθηση πίεσης συστήματος (Αυτοενεργοποίηση):​
   • Όταν η εσωτερική πίεση του συστήματος αυξάνεται, η μέση πίεση επενεργεί στο εσωτερικό του δακτυλίου Ο, είτε μέσω οπών εξαερισμού στη βάση της αυλάκωσης είτε απευθείας.
   • Η πίεση αναγκάζει περαιτέρω τον δακτύλιο Ο να διασταλεί προς τα έξω, πιέζοντας το χείλος στεγανοποίησής του (την άκρη επαφής που σχηματίζεται με την ισοπέδωση) πιο σφιχτά στην απέναντι επιφάνεια στεγανοποίησης.Όσο υψηλότερη είναι η πίεση του συστήματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση επαφής στεγανοποίησηςΑυτό το «φαινόμενο αυτο-ενεργοποίησης» ενισχύει σημαντικά την αξιοπιστία της στεγανοποίησης.

​Διαφορά από τους συμπαγείς μεταλλικούς δακτυλίους Ο:​

• ​Στερεοί μεταλλικοί δακτύλιοι ΟΒασίζονται κυρίως σε μεγάλες δυνάμεις συμπίεσης για την πλαστική παραμόρφωση του μετάλλου και την πλήρωση των κενών. Απαιτούν υψηλές δυνάμεις στεγανοποίησης και συχνά δεν είναι επαναχρησιμοποιήσιμα μετά την αποσυναρμολόγηση.
• ​Κοίλοι μεταλλικοί δακτύλιοι Οβασίζονται κυρίως στην ελαστική παραμόρφωση του τοιχώματος του σωλήνα, απαιτώντας πολύ χαμηλότερες δυνάμεις στεγανοποίησης και προσφέροντας καλύτερη ελαστική ανάκτηση, με αποτέλεσμα ανώτερη επαναχρησιμοποίηση.

​ΙΙ. Βασικά πλεονεκτήματα​

Με βάση την αρχή λειτουργίας και το μεταλλικό υλικό τους, οι μεταλλικοί κοίλοι δακτύλιοι Ο προσφέρουν τα ακόλουθα εξαιρετικά πλεονεκτήματα:

1. ​Εξαιρετικά ευρεία ανοχή θερμοκρασίας:Το πιο αξιοσημείωτο πλεονέκτημά του. Ανάλογα με την επιλογή υλικού (π.χ. Inconel, ανοξείδωτος χάλυβας 316, Hastelloy), μπορεί να αντέξει σε ακραίες θερμοκρασίες από ​-250°C έως πάνω από 1000°C, ξεπερνώντας κατά πολύ οποιοδήποτε πολυμερές υλικό στεγανοποίησης.
2. ​Εξαιρετική απόδοση στεγανοποίησης υψηλής πίεσης και υψηλού κενού:Ικανό να αντέχει σε εξαιρετικά υψηλές πιέσεις εκατοντάδων Megapascal (MPa). Σε συστήματα υψηλού κενού, η πολύ χαμηλή διαπερατότητα αερίου του ίδιου του μετάλλου εξασφαλίζει εξαιρετική ακεραιότητα κενού.
3. ​Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση:Τα ειδικά κράματα μπορούν να αντισταθούν σε διάφορα ισχυρά οξέα, αλκάλια, οργανικούς διαλύτες και περιβάλλοντα οξείδωσης υψηλής θερμοκρασίας.
4. ​Χωρίς ερπυσμό ή χαλάρωση, μακράς διαρκείας σφράγιση:Τα μεταλλικά υλικά δεν σέρνονται ούτε γερνούν όπως τα πλαστικά ή τα λάστιχα σε υψηλές θερμοκρασίες, διατηρώντας μια σταθερή δύναμη στεγανοποίησης μακροπρόθεσμα και αποτρέποντας τις διαρροές λόγω χαλάρωσης.
5. ​Επαναχρησιμοποίηση:Με σωστό σχεδιασμό και εγκατάσταση, εφόσον δεν προκύπτει μόνιμη σύνθλιψη (υπερσυμπίεση), μπορεί να αποσυναρμολογηθεί και να επαναχρησιμοποιηθεί πολλές φορές, μειώνοντας το μακροπρόθεσμο κόστος συντήρησης.
6. ​Αντίσταση στην ακτινοβολία:Κατάλληλο για περιβάλλοντα με έκθεση σε ακτινοβολία, όπως η πυρηνική βιομηχανία.

​III. Σχεδιασμός Εγκατάστασης Αυλακώσεων και Βασικές Παράμετροι​

Ο σχεδιασμός της αυλάκωσης είναι κρίσιμος για την ορθή λειτουργία των μεταλλικών κοίλων δακτυλίων Ο. Ο βασικός στόχος είναι:για να παρέχει ακριβή χώρο συμπίεσης για τον δακτύλιο Ο, περιορίζοντας παράλληλα την πλευρική ροή του.​

​1. Τύποι αυλακώσεων​

• ​Ανοιχτή Αυλάκωση (Πιο Συνηθισμένη):​Η αυλάκωση είναι κατεργασμένη σε μία επιφάνεια φλάντζας και η άλλη είναι μια επίπεδη επιφάνεια στεγανοποίησης. Κατάλληλο για τις περισσότερες στατικές σφραγίδες υψηλής πίεσης.
• ​Κλειστή αυλάκωση (Διμερής αυλάκωση):Η αυλάκωση σχηματίζεται με μηχανική κατεργασία μιας ημι-αυλάκωσης σε κάθε επιφάνεια φλάντζας. Διευκολύνει την τοποθέτηση και την εγκατάσταση δακτυλίου Ο, αλλά απαιτεί υψηλή ακρίβεια κατεργασίας.

​2. Σχεδιασμός διαστάσεων κλειδιού αυλακιού​

Οι διαστάσεις της αυλάκωσης σχετίζονται στενά με την ελεύθερη διάμετρο (OD) και το πάχος τοιχώματος (WT) του δακτυλίου Ο. Οι ακόλουθες είναι βασικές αρχές σχεδιασμού για κοίλους μεταλλικούς δακτυλίους Ο κυκλικής διατομής (οι συγκεκριμένες διαστάσεις θα πρέπει να αναφέρονται σε πρότυπα ή συστάσεις προμηθευτών):

• ​Πλάτος αυλακιού (Π):​
  • Θα πρέπει να είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από την ελεύθερη διάμετρο (OD) του δακτυλίου Ο για να το χωράει. Συνήθως,W ≈ OD + (10% ~ 20%) OD.
  • Το πλάτος δεν πρέπει να είναι υπερβολικό, διαφορετικά ο δακτύλιος Ο μπορεί να παραμορφωθεί υπερβολικά υπό πίεση και να εξωθηθεί στο κενό, προκαλώντας ζημιά.
• ​Βάθος αυλακιού (D):​
  • Αυτό είναι τοπιο κρίσιμοπαράμετρος, που καθορίζει άμεσα τον δακτύλιο Ολόγος συμπίεσης.
  • ​Λόγος συμπίεσης = (OD – D) / OD × 100%​​
  • Για στατικές σφραγίδες, ο συνιστώμενος αρχικός λόγος συμπίεσης είναι συνήθως μεταξύ ​15% και 30%Μια πολύ χαμηλή αναλογία μπορεί να προκαλέσει διαρροή. Μια πολύ υψηλή αναλογία μπορεί να συνθλίψει τον δακτύλιο Ο, προκαλώντας απώλεια ελαστικότητας και καθιστώντας τον μη επαναχρησιμοποιήσιμο.
  • Το βάθος της αυλάκωσης (D) πρέπει να είναι μικρότερο από την ελεύθερη διάμετρο (OD) του δακτυλίου Ο.
• ​Τραχύτητα επιφάνειας αυλάκωσης:​
  • Η τραχύτητα της επιφάνειας των επιφανειών επαφής στεγανοποίησης είναι κρίσιμη. Συνήθως,Ra ≤ 0,8 μmαπαιτείται για να διασφαλιστεί η καλή επαφή της γραμμής και να ελαχιστοποιηθούν οι διαδρομές διαρροών.
• ​Γωνίες Groove:​
  • Η ένωση μεταξύ του κάτω μέρους της αυλάκωσης και του πλευρικού τοιχώματος θα πρέπει να έχει κατάλληλη ακτίνα (μικρή λοξότμηση) για να αποτρέπεται η συγκέντρωση τάσης και η δημιουργία χαρακωμάτων στον δακτύλιο Ο.

​3. Έλεγχος συμπίεσης: Ποσοστό συμπίεσης​

Μετά την εγκατάσταση, το ύψος του δακτυλίου Ο συμπιέζεται. Αυτός ο βαθμός συμπίεσης μετριέται με το «ποσοστό συμπίεσης».

• ​Ποσοστό συμπίεσης = (Ελεύθερο ύψος – Συμπιεσμένο ύψος) / Ελεύθερο ύψος × 100%​
• Για τυπικούς κυκλικής διατομής κοίλους μεταλλικούς δακτυλίους Ο, ​20% – 30% συμπίεσηείναι ένα κοινό και αποτελεσματικό εύρος. Αυτό πρέπει να διασφαλιστεί με τον ακριβή υπολογισμό του βάθους της αυλάκωσης και την επιλογή κατάλληλων παρεμβυσμάτων ή αποστατών.

​IV. Τυπικές εφαρμογές​

• ​Αεροδιαστημική:Κινητήρες, συστήματα καυσίμου, αγωγοί υψηλής θερμοκρασίας.
• ​Πετροχημικά:Αντιδραστήρες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, βαλβίδες, συνδέσεις σωληνώσεων.
• ​Πυρηνική Βιομηχανία:Πυρηνικοί αντιδραστήρες και σχετικός εξοπλισμός.
• ​Κλίβανοι κενού, εξοπλισμός ημιαγωγών:​Σφραγίδες πόρτας θαλάμου που απαιτούν συντήρηση σε εξαιρετικά υψηλό κενό.
• ​Εξοπλισμός υπερκρίσιμων ρευστών.​

​Σύναψη​

Ο μεταλλικός κοίλος δακτύλιος Ο είναι μια από τις απόλυτες λύσεις για τις προκλήσεις στεγανοποίησης σε ακραίες συνθήκες. Η επιτυχής εφαρμογή του εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από ​σωστή επιλογή υλικού(αντιστοιχία του μέσου και της θερμοκρασίας),ακριβής σχεδιασμός αυλακώσεων(έλεγχος συμπίεσης) καικαθαρή, επαγγελματική εγκατάστασηΚατά την επιλογή και τη χρήση τους, συνιστάται ιδιαίτερα να συμβουλεύεστε λεπτομερώς επαγγελματίες προμηθευτές ή να συμμορφώνεστε με τις τυπικές προδιαγραφές (όπως η σειρά AMS) για να διασφαλίσετε την ασφαλή λειτουργία τους.