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可拆板式换热器橡胶垫片密封

可拆板式换热器因具有换热效率高,单位体积内换热面积容量大,介质流通阻力小,维修方便等诸多优点,近20年在国内多个换热领域得到广泛应用。经过国内诸多制造厂家的努力,可拆板式换热器的承压能力不断提高。本文重点对可拆板式换热器使用最多的梯形垫片槽板片密封情况进行分析,以期发现这种密封形式的问题和缺点,探寻克服这些缺点的更加合理的密封结构,进一步提高可拆板式换热器密封承压能力的可能性。

可拆板式换热器安装后,橡胶垫片被相临的板片夹持约束在垫片槽内,橡胶垫片被压缩变形,产生一定的弹力,起到对板间介质的密封作用。


  可拆板式换热器的板束被压紧,内部未填充介质时,垫片的受力情况如图3所示:被夹持在垫片槽内的橡胶垫片,受到相临板片的挤压,垫片在厚度方向压缩变形,同时这种变形使橡胶垫片在宽度方向上有膨胀的趋势,但这一方向的膨胀受到梯形垫片槽的限制,即在垫片两侧受到来自板片的约束。根据文献[1]的给出的数据,垫片受到约束压缩且压缩率达到25%时,其应力相对简单压缩提高79.42%。

此时对板片进行受力分析,如图4和图5所示,在这里我们仅对A-A线左侧区域进行详细分析。对于背侧紧靠活动夹紧板的第一张板片,A-A线左侧区域分别受到来自活动夹紧板的支持力,来自第二张板片的压力,因垫片受压膨胀对板片的压力,相对垫片槽左下角,因板片自身具有的强度,形成的扭矩。可得出下面的等量关系:

 对具有梯形垫片槽的板片,如果把第1张板片对应垫片槽的背侧对垫起来,使板片边缘不与活动夹紧板接触,当板束夹紧到规定的尺寸后,板片边缘会不同程度地向后侧变形,这说明被压缩后的垫片对垫片槽侧边作用力产生的力矩大于板片自身强度产生的抗变形能力,即或者。当第1板片垫片槽背侧没有被垫起,板片整个背面都紧靠活动夹紧板时,那么由公式1.1就可以得出,即 ,即板片边缘部分背面受到的支撑力大于其正面来自第2张板片的压力。因为力的作用是相互的,因此对第二张板片,其所受的背面支撑力也大于其正面来自第3张板片的压力,即。将板束中所有板片边缘的受力按公式1.1,就可得出:

从公式1.2可以看出,具有梯形垫片槽的板片组成的板束被夹紧后,各板片垫片槽外侧受力不同,靠近活动板的第1张板片受力最大。如果垫片槽外侧变窄,即变小,会使板片边缘受力增大。
实际被夹紧的板束,各板片都会产生一定的变形,使垫片槽的角增大,从而减小了垫片槽对垫片横向的约束,垫片的压缩有向简单压缩演变的驱势。这不仅使变小,同时也使变小。从而降低了换热器的承压能力。整个板束中的板片,靠近活动夹紧板的第1张虽然受力最大,但因为活动板的支撑作用,垫片槽的变形量最小,而靠近固定夹紧板的最后一张板片,累计的变形量最大。即使固定夹紧板的变形量在控制范围内,板束承压后靠近固定压紧板的板片也往往先发生泄漏。如果垫片槽变形量过大,垫片接近或完全变成简单压缩状态,板间介质会侵入垫片槽内侧,垫片内侧压力巨增,板束承压能力一般不会超过1.35MPa。对于在板片前后两侧对称的垫片槽,就不存在上述缺点,理论上有更好的抗变形和承压能力。如果板束内板片过多时,可以在板束间增加一块较厚的隔板来减小板片的变形量。

关于板束承压后板片边缘和垫片的受力分析和泄漏机理,将在后续文章中详细讨论。最终探讨进一步提升可拆板式换热器承压能力的可能性。因为我的知识限制,对上面的论述有不当的地方,请大家多多指教。

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