Làm thế nào để các vòng ống kính đạt được áp suất đệm kín cao với tải trọng bu-lông thấp?

Khả năng vòng đệm thấu kính đạt được áp suất mặt đệm cao với tải bu lông thấp chủ yếu là do nguyên tắc thiết kế, tính chất vật liệu, yêu cầu xử lý và hiệu ứng vật lý trong quá trình vận hành. Mặt cắt ngang của miếng đệm ống kính được thiết kế có dạng hình cầu hoặc tương tự như một thấu kính lồi. Thiết kế này làm cho tiếp xúc giữa miếng đệm và mặt bích trở thành tiếp xúc đường thay vì tiếp xúc bề mặt. Thiết kế tiếp xúc đường dây làm giảm đáng kể diện tích tiếp xúc, do đó tạo ra ứng suất tiếp xúc cục bộ cao hơn dưới cùng một lực siết chặt bu lông, nghĩa là đạt được áp suất cao của mặt đệm đệm. Khi áp suất bên trong của hệ thống tăng lên, miếng đệm ống kính sẽ bị ảnh hưởng bởi áp suất bên trong và giãn nở theo hướng tỏa tâm. Sự giãn nở này sẽ tăng cường hơn nữa ứng suất tiếp xúc giữa miếng đệm và bề mặt mặt bích, tạo thành cái gọi là "hiệu ứng tự siết chặt". Hiệu ứng này cho phép miếng đệm thấu kính duy trì hiệu suất bịt kín ổn định trong môi trường áp suất cao với tải bu lông ban đầu thấp.
Miếng đệm ống kính thường được làm bằng vật liệu có độ đàn hồi tốt như kim loại, cao su hoặc vật liệu composite. Những vật liệu này có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác dụng của ngoại lực, lấp đầy những khoảng trống nhỏ giữa các bề mặt mặt bích để tạo thành một lớp bịt kín hiệu quả. Đồng thời, vật liệu đàn hồi cũng có thể thích ứng với sự không đồng đều của bề mặt mặt bích và cải thiện độ tin cậy của con dấu. Độ cứng của vật liệu đệm phải vừa phải. Nó không chỉ phải có đủ độ bền để chịu được tác động của lực siết chặt bu lông và áp suất bên trong của hệ thống mà còn tránh được ứng suất tiếp xúc quá mức với bề mặt mặt bích và làm hỏng bề mặt bịt kín. Nói chung, vật liệu đệm phải mềm hơn vật liệu mặt bích để có thể vừa khít với tải trọng bu lông nhỏ hơn.
Để đảm bảo bịt kín hiệu quả giữa miếng đệm thấu kính và bề mặt mặt bích, bề mặt mặt bích phải có độ phẳng cao. Bất kỳ sự không đồng đều nhỏ nào cũng có thể khiến miếng đệm không khít chặt, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả bịt kín. Vì vậy, khi gia công mặt bích cần kiểm soát chặt chẽ các chỉ số về độ chính xác hình học như độ phẳng, độ song song. Các miếng đệm ống kính thường cần được lắp vào rãnh bịt kín của mặt bích. Độ chính xác gia công của rãnh bịt kín cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả bịt kín của miếng đệm. Chiều rộng, chiều sâu và hình dạng của rãnh bịt kín cần được thiết kế và xử lý chính xác theo kích thước và hình dạng của miếng đệm.
Do thiết kế tiếp xúc đường của miếng đệm thấu kính, khi lực siết bu lông tác dụng lên miếng đệm, sự tập trung ứng suất sẽ xảy ra trên đường tiếp xúc. Sự tập trung ứng suất này giúp đạt được áp suất mặt tựa miếng chêm cao khi tải trọng bu lông nhỏ hơn. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh căng thẳng quá mức có thể dẫn đến hư hỏng miếng đệm hoặc mặt bích. Khi lực siết chặt bu lông được giải phóng hoặc áp suất bên trong của hệ thống giảm, miếng đệm thấu kính có thể sử dụng khả năng phục hồi đàn hồi tốt để nhanh chóng trở lại hình dạng và vị trí ban đầu, từ đó duy trì tính liên tục và ổn định của con dấu.
Các miếng đệm thấu kính đạt được mục tiêu về áp suất mặt đệm cao ở mức tải bu lông thấp thông qua sự kết hợp giữa các nguyên tắc thiết kế độc đáo, đặc tính vật liệu, yêu cầu xử lý và hiệu ứng vật lý trong quá trình vận hành. Đặc điểm này làm cho miếng đệm thấu kính có triển vọng ứng dụng rộng rãi và giá trị thực tế quan trọng trong hệ thống đường ống áp suất cao và bình chịu áp lực.