Полое металлическое уплотнительное кольцо – это круглое уплотнительное кольцо, изготовленное из металлической трубки, как правило, круглого сечения (хотя возможны также овальные, прямоугольные и т.д.). Оно работает, упруго деформируясь при сжатии, заполняя микрозазоры между уплотняемыми поверхностями, обеспечивая герметичность. В отличие от эластомерных уплотнений, оно специально разработано для решения задач герметизации в экстремальных условиях, включая высокие температуры, высокое давление, глубокий вакуум и сильную коррозию.
I. Принцип работы: упругая деформация и уплотнение линейного контакта
Принцип герметизации полого металлического уплотнительного кольца основан на классическом механизме «линейного контакта», который включает в себя следующие основные этапы:
- Предварительная нагрузка и линейный контакт:
- Когда фланцы или соединители затягиваются болтами, крышка канавки прикладывает осевое сжимающее усилие к металлическому полому уплотнительному кольцу.
- Эта сила заставляет стенку полого металлического кольца подвергаться деформации.упругая деформация(сплющивание), плотно прижимая внешнюю стенку к дну уплотнительной канавки и крышке, образуя непрерывную уплотнительную полосу «линейного контакта». Этот начальный контакт обеспечивает базовое статическое уплотнение.
- Герметизация под давлением (эффект самоактивизации):
- При повышении внутреннего давления в системе среднее давление воздействует на внутреннюю часть уплотнительного кольца либо через вентиляционные отверстия в основании канавки, либо напрямую.
- Давление еще больше заставляет уплотнительное кольцо расширяться наружу, прижимая его уплотнительную кромку (контактную кромку, образованную путем уплощения) плотнее к противоположной уплотнительной поверхности.Чем выше давление в системе, тем больше давление уплотняющего контакта.Этот «эффект самоподпитки» значительно повышает надежность герметизации.
Отличие от цельнометаллических уплотнительных колец:
- Цельнометаллические уплотнительные кольцаВ основном они используют большие силы сжатия для пластической деформации металла и заполнения зазоров. Они требуют больших усилий герметизации и часто не подлежат повторному использованию после демонтажа.
- Полые металлические уплотнительные кольцав первую очередь полагаются на упругую деформацию стенки трубки, что требует гораздо меньших усилий герметизации и обеспечивает лучшее упругое восстановление, что обеспечивает превосходную возможность повторного использования.
II. Основные преимущества
Благодаря своему принципу работы и металлическому материалу металлические полые уплотнительные кольца обладают следующими выдающимися преимуществами:
- Чрезвычайно широкий диапазон температур:Его самое заметное преимущество. В зависимости от выбора материала (например, инконель, нержавеющая сталь 316, хастеллой), он может выдерживать экстремальные температуры отот -250°C до более 1000°C, намного превосходящая любой полимерный уплотнительный материал.
- Отличные характеристики герметизации при высоком давлении и вакууме:Способен выдерживать сверхвысокие давления в сотни мегапаскалей (МПа). В системах высокого вакуума очень низкая газопроницаемость самого металла обеспечивает отличную герметичность.
- Исключительная коррозионная стойкость:Специальные сплавы могут противостоять различным сильным кислотам, щелочам, органическим растворителям и высокотемпературным окислительным средам.
- Отсутствие сползания или ослабления, долговечная герметизация:Металлические материалы не подвержены ползучести и старению, как пластмассы или резина, при высоких температурах, сохраняя стабильную герметичность в течение длительного времени и предотвращая утечки из-за релаксации.
- Возможность повторного использования:При правильном проектировании и монтаже, если не происходит постоянного смятия (чрезмерного сжатия), его можно разбирать и использовать повторно много раз, что снижает долгосрочные затраты на техническое обслуживание.
- Стойкость к радиации:Подходит для использования в средах с высоким уровнем радиационного облучения, например, в атомной промышленности.
III. Конструкция установочной канавки и основные параметры
Конструкция канавки критически важна для правильной работы металлических полых уплотнительных колец. Основная цель:чтобы обеспечить точное компрессионное пространство для уплотнительного кольца, одновременно ограничивая его боковой поток.
1. Типы канавок
- Открытая канавка (наиболее распространенная):На одной из поверхностей фланца выполнена канавка, а другая представляет собой плоскую уплотнительную поверхность. Подходит для большинства статических уплотнений высокого давления.
- Закрытый грув (двухчастный грув):Канавка формируется путём механической обработки полуканавки на каждой поверхности фланца. Это облегчает позиционирование и установку уплотнительного кольца, но требует высокой точности обработки.
2. Проектирование размеров шпоночной канавки
Размеры канавки тесно связаны с диаметром свободного пространства (OD) и толщиной стенки (WT) уплотнительного кольца. Ниже приведены основные принципы проектирования полых металлических уплотнительных колец круглого сечения (конкретные размеры следует указывать в стандартах или рекомендациях поставщика):
- Ширина канавки (W):
- Должен быть немного больше свободного диаметра (OD) уплотнительного кольца, чтобы вместить его. Как правило,W ≈ OD + (10% ~ 20%) OD.
- Ширина не должна быть слишком большой, в противном случае уплотнительное кольцо может чрезмерно деформироваться под давлением и выдавиться в зазор, что приведет к повреждению.
- Глубина канавки (D):
- Это наиболее критический параметр, непосредственно определяющий уплотнительное кольцо степень сжатия.
- Степень сжатия = (OD – D) / OD × 100%
- Для статических уплотнений рекомендуемая начальная степень сжатия обычно составляет15% и 30%Слишком низкое соотношение может привести к утечке; слишком высокое может привести к разрушению уплотнительного кольца, что приведет к потере эластичности и сделает его непригодным для повторного использования.
- Глубина канавки (D) должна быть меньше свободного диаметра уплотнительного кольца (OD).
- Шероховатость поверхности канавки:
- Шероховатость поверхности уплотнительных поверхностей имеет решающее значение. Как правило,Ra ≤ 0,8 мкмнеобходимо обеспечить хороший контакт линии и минимизировать пути утечки.
- Углы пазов:
- Стык между дном канавки и боковой стенкой должен иметь подходящий радиус (небольшую фаску), чтобы предотвратить концентрацию напряжений и задиры уплотнительного кольца.
3. Управление сжатием: процентное сжатие
После установки высота уплотнительного кольца сжимается. Степень сжатия измеряется в процентах.
- Процент сжатия = (Свободная высота – Сжатая высота) / Свободная высота × 100%
- Для стандартных полых металлических уплотнительных колец круглого сечения,20% – 30% компрессия — это распространённый и эффективный диапазон. Это необходимо обеспечить путём точного расчёта глубины канавки и выбора соответствующих прокладок или проставок.
IV. Типичные области применения
- Аэрокосмическая промышленность:Двигатели, топливные системы, высокотемпературные трубопроводы.
- Нефтехимия:Высокотемпературные реакторы высокого давления, клапаны, трубные соединения.
- Атомная промышленность:Ядерные реакторы и связанное с ними оборудование.
- Вакуумные печи, полупроводниковое оборудование:Уплотнения дверей камер, требующие обслуживания в условиях сверхвысокого вакуума.
- Оборудование для сверхкритических флюидов.
Заключение
Металлическое полое уплотнительное кольцо — одно из лучших решений для герметизации в экстремальных условиях. Его успешное применение во многом зависит отправильный выбор материала(соответствие среде и температуре), точная конструкция канавок(контроль сжатия), и чистая, профессиональная установкаПри выборе и использовании настоятельно рекомендуется подробно консультироваться с профессиональными поставщиками или стандартными спецификациями (например, серии AMS) для обеспечения безотказной работы.
Время публикации: 20 октября 2025 г.