شرح كامل لآلية الختم لحشيات المبادل الحراري: من توزيع ضغط التلامس إلى حظر قناة التسرب

1. النظرية الأساسية لآلية الختم

الأساس المادي لآلية الختم

تلامس نظرية الضغط

جوهر ختم الحشية هو إنشاء إجهاد اتصال كافٍ لتعويض الضغط المتوسط

الحد الأدنى لضغط الختم الفعال (معامل Y): الحد الأدنى من الضغط على الحشية للبدء في إنتاج تأثير ختم

معامل الحشية (M): نسبة ضغط التلامس المطلوب للحفاظ على الختم إلى الضغط المتوسط (القيمة الموصى بها القياسية ASME PCC-1)

التفاعل السطحي

تمثل منطقة الاتصال الفعلية 5-15 ٪ فقط من منطقة الاتصال الظاهرة (نظرية السطح الخشن)

يتم تحقيق الختم الجزئي عن طريق ملء أحواض السطح من خلال تشوه البلاستيك

يجب التحكم في خشونة السطح RA في 3.2-6.3μm (معيار ISO 4288)

اتصالات توزيع الضغط

تكوين مجال الضغط ثلاثي الأبعاد

توزيع الضغط العياني الناتج عن حمل صامتة الحافة

ذروة ضغط التلامس المحلية (ما يصل إلى 2-3 أضعاف متوسط الضغط)

تأثير الحافة: 15 ٪ توهين ضغط المنطقة من الحافة الخارجية الشفة يصل إلى 40 ٪

آلية حظر قناة التسرب

مبدأ الختم متعدد النطاق

المقياس العياني: يشكل نظام شفة-ساسكيت حاجزًا ميكانيكيًا

المقياس المجهري: تملأ مادة الحشية عيوب السطح (＞ 90 ٪ من التسرب يحدث في عيوب السطح من مستوى 10 ميكرون)

المقياس الجزيئي: حظر تغلغل سلاسل البوليمر (حاسمة بشكل خاص لجزيئات الغاز)

عملية الختم الديناميكية

مرحلة الضغط الأولية: انخفاض سمك الحشية بنسبة 20-30 ٪

مرحلة استرخاء الإجهاد: 15-25 ٪ فقدان التحميل المسبق في الساعات 8 الأولى

مرحلة العمل: بحاجة إلى الالتقاء: p_contact ≥ m × p_media ΔP_thermal

2. مبدأ العمل لحشية المبادل الحراري

مبدأ الختم الأساسي

تشوه مرن وضغط الاتصال

يخضع الحشية لتشوه مرن أو بلاستيكي تحت عمل التحميل المسبق للبراغي ، وملء عدم المدى المجهري بين الشفاه أو الألواح (عادة ما يتطلب خشونة السطح RA≤3.2μm).

تتشكل منطقة اتصال محلية عالية الضغط (يمكن أن تصل الحشيات المعدنية إلى 200-500 ميجا باسكال ، وحشيات غير معدنية 50-150 ميجا باسكال) ، مما يمنع مسار الاختراق المتوسط.

آلية الترابط السطحي

المستوى المجهري: تجعل مرونة مواد الحشية (مثل الجرافيت ، PTFE) قمم خشونة السطح مناسبة معًا ، مما يلغي قنوات التسرب> 5μm.

المستوى العياني: يعوض بنية الحشية (مثل الشكل الموجي ، شكل الأسنان) انحراف التوازي الحافة من خلال التشوه الهندسي (عادة ما يكون مبلغ التعويض 0.05-0.2 مم).

القدرة على التكيف في ظل ظروف العمل الديناميكية

تعويض الدورة الحرارية

يجب أن يكون لحشية أداء الارتداد (يتطلب معيار ASTM F36 معدل انتعاش قدره ≥ 40 ٪) للتعويض عن اختلاف التمدد الحراري للشفة.

تكييف تقلب الضغط

عندما يزداد الضغط الداخلي ، يعمل الضغط المتوسط على الحافة الداخلية للحشية ، مما يشكل تأثيرًا ذاتيًا (معامل الإزاحة الذاتي لحشية الجرح المعدني M = 2.5-3.0).

ظروف عمل الاهتزاز

يمكن أن يقلل تصميم التآكل المضاد للتقلب (مثل طلاء PTFE) من تآكل سطح الختم الناجم عن الاهتزاز.

3. حشية المبادل الحراري التعليمات

• س 1: ما هي الأنواع الرئيسية من حشيات المبادل الحراري؟

تنقسم حشيات المبادل الحراري بشكل رئيسي إلى ثلاث فئات:

حشيات غير معدنية: مثل مطاط النتريل (NBR) ، EPDM ، fluororubber ، إلخ ، مناسبة لظروف درجة الحرارة المتوسطة والمنخفضة (-50 ℃ ~ 200 ℃)

حشيات معدنية: بما في ذلك الحشيات النحاسية ، وحشيات مسنن الفولاذ المقاوم للصدأ ، وما إلى ذلك ، مقاومة لارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي (حتى 800 ℃/25mpa)

حشيات شبه معدنية: مثل حشوات الجرح المعدنية (شرائح الفولاذ المقاوم للصدأ الجرافيت) ، والتي لها كل من المرونة والقوة وهي مناسبة لظروف الدورة الحرارية

• س 2: ما هو الدور الذي تلعبه الحشية في المبادل الحراري؟

تدرك الحشيات بشكل رئيسي أربع وظائف:

الختم: منع السوائل الساخنة والباردة من الخلط أو التسرب

التخزين المؤقت للضغط: تعويض عن إجهاد التجميع بين الشفاه/اللوحات

العزلة المتوسطة: تمديد مسار التسرب من خلال التصميم الهيكلي

امتصاص الاهتزاز: تقليل التآكل الدقيق أثناء تشغيل المعدات

• س 3: كيف تحكم على ما إذا كانت الحشية تحتاج إلى استبدال؟

يجب استبدال الحشية عند حدوث الشروط التالية:

الضغط الدائم للضغط> 25 ٪

تشققات السطح أو حفر التآكل الكيميائي (العمق> 0.2 مم)

معدل الارتداد بعد ركوب الدراجات الحرارية <30 ٪

معدل التسرب المقاس> 3 أضعاف القيمة القياسية