Uszczelka mechanizmu uszczelniającego
Wyciek to medium z wnętrza skończonej przestrzeni na zewnątrz lub z zewnątrz do wnętrza skończonej przestrzeni, do którego ludzie nie chcą dochodzić. Media przepływają przez styk przestrzeni wewnętrznej i zewnętrznej, czyli przeciek powierzchni uszczelniającej. Podstawową przyczyną wycieku jest istnienie szczeliny pomiędzy powierzchnią styku, natomiast siła napędowa wycieku jest różnica ciśnień pomiędzy dwiema stronami powierzchni styku, różnica stężeń. Ze względu na kształt powierzchni uszczelniającej i dokładność obróbki oraz inne czynniki, powierzchnia uszczelniająca nie jest całkowicie dopasowana, to znaczy powierzchnia uszczelniająca pojawi się na szczelinie, a tym samym nastąpi wyciek. Aby zmniejszyć wyciek, należy maksymalizować osadzenie powierzchni stykowych, czyli zmniejszyć pole przekroju poprzecznego kanału wyciekowego i zwiększyć odporność na wyciek tak, aby była większa od siły wymuszającej wyciek. Zastosowanie obciążenia ściskającego na powierzchnię uszczelniającą może wytworzyć naprężenia ściskające, poprawić stopień styku powierzchni uszczelniającej, gdy naprężenie wzrośnie na tyle, aby spowodować znaczne odkształcenie plastyczne powierzchni, może wypełnić szczelinę pomiędzy powierzchnią uszczelniającą, aby zablokować kanał wyciekowy. Celem stosowania uszczelek jest wypełnienie niewielkich nierówności powierzchni uszczelniającej kołnierza za pomocą materiału uszczelki, który łatwiej powoduje odkształcenie plastyczne pod działaniem obciążenia ściskającego, aby zapewnić uszczelnienie.
W połączeniach kołnierzowych siła nacisku uszczelki odkształca materiał uszczelki, wypełniając w ten sposób mikroszczelinę pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi kołnierzy.
Formy wycieków w uszczelnionych połączeniach
W połączeniach kołnierzowych głównym elementem uszczelniającym jest uszczelka. W przypadku uszczelek niemetalowych uszczelnienie połączenia następuje poprzez dokręcenie śrub, co powoduje, że kołnierz z powierzchnią styku uszczelki oraz wewnętrzne większe naprężenia ściskające uszczelki, z jednej strony powodują, że powierzchnia uszczelki i powierzchnia kołnierza zbliżają się do powierzchni kołnierza, wypełnić powierzchnię kołnierza mikroszczeliny, z drugiej strony zmniejszyć porowatość materiału uszczelki, czyli zmniejszyć kanał wyciekowy uszczelnianej cieczy. Ponieważ żadna metoda przetwarzania nie pozwala na utworzenie absolutnie gładkiej, idealnej powierzchni, niemożliwe jest również uzyskanie powierzchni uszczelniającej pomiędzy całkowicie osadzonymi i całkowicie zablokowanymi porami samej uszczelki, tak aby stykały się ze sobą powierzchnie uszczelniające i uszczelki wewnątrz zawsze istnieje niewielka szczelina lub kanał. Zatem w przypadku uszczelniania uszczelek wyciek jest zawsze nieunikniony. Gdy medium pod określonym ciśnieniem przechodzi przez połączenie śrubowo-kołnierzowe, zawsze w miejscu uszczelnienia w miejscu nieszczelności. Można znaleźć analizę tego zjawiska, wyciek występuje w dwóch postaciach, a mianowicie „wycieku interfejsu” i „wycieku penetracji”, jak pokazano na rysunku 2.
1. Wyciek interfejsu
Niewystarczające naprężenie ściskające uszczelki, chropowatość powierzchni uszczelniającej kołnierza, odkształcenie termiczne, odkształcenie mechaniczne i wibracje rurociągu spowodują, że uszczelka i powierzchnia uszczelniająca kołnierza będą między słabym pasowaniem a wyciekiem. Ponadto złącze kołnierzowe w warunkach pracy pod wpływem temperatury, ciśnienia, odkształcenia i wydłużenia śruby, relaksacji pełzania uszczelki, spadku zdolności odbicia, starzenia się materiału uszczelki, degradacji itp. również spowoduje wycieki pomiędzy kołnierzem a powierzchnią uszczelniającą kołnierza. Dzieje się tak na powierzchni uszczelniającej uszczelki i kołnierza pomiędzy wyciekami, co nazywa się „wyciekiem powierzchniowym”.
2. Wyciek penetracyjny
Uszczelki niemetalowe wykonywane są najczęściej z włókien roślinnych, zwierzęcych, mineralnych lub chemicznych oraz klejonej i prasowanej gumy, lub z materiałów porowatych, np. elastycznego grafitu. Ze względu na luźną tkankę, słabe zagęszczenie, pomiędzy włóknami a włóknami znajduje się niezliczona ilość małych szczelin, więc medium łatwo ulega nasiąknięciu, szczególnie pod ciśnieniem, medium będzie przenikać przez pory w materiale. Dzieje się tak w materiale uszczelki wewnątrz nieszczelności, co nazywa się „wyciekiem penetracyjnym”.
