در محیط های پر فشار یا پر جریان ، چگونه می توان طراحی اتصالات انتهایی را از آب درز و مقاومت آن اطمینان داد؟

در محیط های پر فشار یا پر جریان ، طراحی اتصالات پایان باید توجه ویژه ای به آب بندی و مقاومت در برابر فشار داشته باشد ، زیرا این خصوصیات به طور مستقیم بر ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می گذارد. در زیر یک تحلیل و راه حل دقیق است:

1. نقاط اصلی طراحی آب بندی
(1) روش آب بندی مناسب را انتخاب کنید
مهر و موم شده
حلقه O یک عنصر آب بندی پویا و استاتیک رایج است که برای محیط های فشار قوی مناسب است. با انتخاب مواد مقاوم در برابر فشار بالا و درجه حرارت بالا (مانند Flororubber FPM یا لاستیک Perfluoroether FFKM) ، عملکرد آب بندی در شرایط شدید کار را می توان تضمین کرد.
مهر و موم فلزی
در فشار فوق العاده بالا یا محیط های درجه حرارت بالا ، مهر و موم های فلزی (مانند واشرهای مس یا واشرهای استیل ضدزنگ) ممکن است یک انتخاب مناسب تر باشد. مهر و موم های فلزی می توانند شکاف های ریز را از طریق تغییر شکل پلاستیک پر کنند تا به آب بندی با قدرت بالا برسد.
مهر مخروط
مهر و موم های مخروطی از نیروی فشرده سازی بین سطوح تماس برای تشکیل یک مهر و موم استفاده می کنند ، که برای سیستم های پنوماتیک یا هیدرولیک با فشار بالا مناسب است. این طرح از مقاومت فشار بالایی برخوردار است و عملکرد خوب در مورد آن دارد.
مهر و موم آستین کارت
اتصالات آستین کارت از طریق تغییر شکل آستین کارت ، دیواره بیرونی لوله را فشار می دهد تا یک مهر و موم محکم تشکیل شود ، که برای محیط های فشار بالا و لرزش مناسب است.
(2) دقت سطح آب بندی را بهینه کنید
پایان سطح
زبری سطح آب بندی به طور مستقیم بر اثر آب بندی تأثیر می گذارد. در محیط های پر فشار ، سطح آب بندی معمولاً برای کاهش احتمال نشت نیاز به دستیابی به سطح بسیار بالا (RA <0.8 میکرومتر) دارد.
تطبیق شکل هندسی
اطمینان حاصل کنید که سطح آب بندی و هندسه قسمت جفت گیری کاملاً مطابقت دارد (مانند هواپیما ، مخروط یا کره) برای جلوگیری از نشت ناشی از انحراف شکل.
(3) طرح آب بندی چند مرحله ای
در شرایط شدید ، می توان از یک طرح آب بندی چند مرحله ای (مانند حلقه های دوتایی یا مهر و موم های ترکیبی) برای بهبود افزونگی آب بندی استفاده کرد و اطمینان حاصل کرد که سیستم حتی اگر مهر و موم مرحله اول باشد ، می تواند آب بندی شود.
2. نقاط اصلی طراحی مقاومت در برابر فشار
(1) انتخاب مواد
مواد با استحکام بالا
مواد با استحکام کششی بالا و استحکام عملکرد (مانند فولاد آلیاژی ، فولاد ضد زنگ یا آلیاژ تیتانیوم) را انتخاب کنید تا در برابر استرس مکانیکی در محیط های فشار قوی مقاومت کنید.
مواد مقاوم در برابر خوردگی
در محیط های مایع با فشار بالا ، مایع ممکن است خورنده باشد. انتخاب مواد مقاوم در برابر خوردگی (مانند فولاد ضد زنگ دوبلکس یا Hastelloy) می تواند عمر خدمات اتصالات نهایی را افزایش دهد.
عملکرد خستگی مادی
محیط های فشار قوی ممکن است باعث خستگی مادی شود. مواد با استحکام خستگی زیاد را انتخاب کرده و مقاومت در برابر خستگی را از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی (مانند خاموش کردن و خویشتن داری) بهبود بخشید.
(2) طراحی ساختاری
بهینه سازی دنده ها و ضخامت دیواره
در محیط های پر فشار ، ضخامت دیواره اتصالات انتهایی باید با توجه به سطح فشار به طور دقیق محاسبه شود. برای شبیه سازی توزیع فشار و بهینه سازی ضخامت دیواره و طراحی دنده برای تقویت مقاومت در برابر فشار ، از تجزیه و تحلیل عنصر محدود (FEA) استفاده کنید.
طراحی انتقال گوشه گرد

استفاده از طراحی انتقال گوشه گرد در مناطق غلظت استرس اتصالات (مانند ریشه های نخ یا اتصالات) می تواند استرس را پراکنده و خطر ترک خوردگی را کاهش دهد.
توزیع نیروی یکنواخت
هنگام طراحی ، سعی کنید اطمینان حاصل کنید که تمام قسمت های اتصالات به طور مساوی تحت فشار قرار می گیرند تا از تغییر شکل یا پارگی ناشی از استرس بیش از حد موضعی جلوگیری شود.
(3) بهینه سازی روش اتصال
اتصال موضوعی
در محیط های پر فشار ، اتصالات نخ شده باید از نخ های با استحکام بالا (مانند نخ های لوله Tapered NPT یا نخ های BSPT) استفاده کنند و با استفاده از درزگیر نخ یا استفاده از نوار آب بندی ، عملکرد آب بندی را بیشتر می کنند.
اتصال جوش داده شده
برای کاربردهای فشار فوق العاده بالا ، اتصالات جوش داده شده ممکن است انتخاب بهتری باشد. فرآیندهای جوشکاری با کیفیت بالا (مانند جوشکاری TIG یا جوشکاری لیزر) می توانند از استحکام و آب بندی مفصل اطمینان حاصل کنند.
اتصال فلنج
اتصال فلنج برای سناریوهای فشار فوق العاده بزرگ یا فشار فوق العاده مناسب است. با افزایش ضخامت فلنج ، با استفاده از پیچ های با استحکام بالا و بهینه سازی طراحی واشر آب بندی ، مقاومت فشار می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد.
3. بهینه سازی دینامیک سیال
(1) مقاومت سیال را کاهش دهید
طراحی هموار سازی کانال جریان
کانال جریان داخلی باید تا حد امکان صاف باشد ، از زوایای تیز یا تغییرات ناگهانی در سطح مقطع برای کاهش مقاومت سیال و تلاطم جلوگیری می کند.
طراحی شعله ور
استفاده از طراحی شعله ور در ورودی و خروجی سیال می تواند تأثیر تأثیر سیال را بر روی لوازم جانبی کاهش داده و کاهش فشار را کاهش دهد.
(2) از کاویتاسیون و فرسایش جلوگیری کنید
طراحی تعادل فشار
در محیط های اختلاف فشار بالا ، طراحی یک دستگاه تعادل فشار (مانند شیر تسکین فشار یا سوراخ دریچه گاز) می تواند از حفره ناشی از تغییرات ناگهانی فشار جلوگیری کند.
مواد مقاوم در برابر فرسایش
در مناطق با سرعت بالا مایعات ، استفاده از مواد مقاوم در برابر فرسایش (مانند پوشش های سرامیکی یا کاربید سیمانی) می تواند عمر خدمات لوازم جانبی را گسترش دهد.
4. آزمایش و تأیید
(1) تست فشار
تست فشار استاتیک
اتصالات انتهایی برای آزمایش عملکرد آب بندی و مقاومت فشار در فشار دارای فشار ، تحت آزمایش فشار استاتیک قرار می گیرند.
تست پشت سر هم
آزمایش پشت سر هم برای تعیین حداکثر ظرفیت تحمل فشار اتصالات انجام می شود تا اطمینان حاصل شود که آنها به طور ناگهانی در استفاده واقعی شکست نخواهند یافت.
(2) آزمایش خستگی
تست بارگذاری چرخه ای
برای ارزیابی عمر خستگی اتصالات پایان در استفاده طولانی مدت ، نوسانات فشار را در شرایط واقعی کار شبیه سازی می کند.
(3) تست عملکرد آب بندی
تست سفتی هوا
از هلیوم یا سایر گازهای ردیاب برای تشخیص عملکرد آب بندی اتصالات انتهایی استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که هیچ نشتی وجود ندارد.
آزمایش نفوذ مایع
برای تأیید کاربرد آنها در رسانه های مختلف ، عملکرد آب بندی اتصالات را در یک محیط مایع آزمایش می کند.
5. موارد واقعی و نوآوری های فناوری
(1) هوافضا
در میدان هوافضا ، اتصالات پایان باید در برابر فشارها و درجه حرارت های بسیار بالا مقاومت کنند. به عنوان مثال ، اتصالات انتهایی در سیستم های تحویل سوخت موتور موشک معمولاً از مواد آلیاژ مبتنی بر نیکل ساخته می شوند ، همراه با ماشینکاری دقیق و فناوری پوشش سطح برای اطمینان از آب بندی و مقاومت آنها.
(2) استخراج روغن در اعماق دریا
اتصالات پایان در استخراج روغن در اعماق دریا نیاز به مقاومت در برابر فشارهای صدها جوی دارد. این اتصالات معمولاً یک طرح آب بندی دو لایه (مانند مهر و موم الاستومر فلزی) را اتخاذ می کنند و ساختار را از طریق تجزیه و تحلیل عناصر محدود بهینه می کنند تا با محیط های پیچیده در اعماق دریا روبرو شوند.
(3) فناوری نظارت هوشمند
برخی از اتصالات پایان بالا با سنسورهایی که می توانند فشار داخلی ، دما و وضعیت آب بندی را در زمان واقعی کنترل کنند ، یکپارچه شده اند ، در نتیجه هشدار زودهنگام در مورد مشکلات احتمالی و بهبود ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم.

در محیط های پر فشار یا جریان بالا ، طراحی اتصالات انتهایی باید به طور جامع جنبه های مختلفی مانند آب بندی ، مقاومت در برابر فشار ، انتخاب مواد ، بهینه سازی ساختاری و پویایی سیال را در نظر بگیرد. از طریق طراحی علمی و فناوری تولید پیشرفته ، قابلیت اطمینان و ایمنی اتصالات نهایی در شرایط کار شدید قابل اطمینان است .