Механізми ущільнення прокладок
Витік — це небажане явище, коли середовище тече зсередини обмеженого простору назовні або ззовні всередину обмеженого простору. Витік відбувається, коли середовище протікає через межу між внутрішнім і зовнішнім простором, тобто поверхню ущільнення. Основною причиною витоку є наявність розриву в контактній поверхні, тоді як різниця тиску між двома сторонами контактної поверхні, різниця концентрації є рушійною силою витоку. Через форму ущільнювальної поверхні, точність обробки та інші фактори, в результаті чого ущільнювальна поверхня не збігається, тобто буде зазор на ущільнювальній поверхні, і, таким чином, відбувається витік. Щоб зменшити витік, необхідно максимально збільшити вкладеність контактних поверхонь, тобто зменшити площу поперечного перерізу шляху витоку та збільшити опір витоку, щоб він був більшим, ніж поштовх витоку. Стискаюче навантаження, прикладене до ущільнювальної поверхні, може спричинити напругу стиснення, яка збільшує ступінь контакту між ущільнювальними поверхнями, і коли напруга зростає достатньо, щоб викликати значну пластичну деформацію поверхні, зазор у ущільнювальній поверхні може бути заповнений, щоб закупорити шлях витоку. Метою використання прокладок є використання матеріалу прокладки під дією стискаючого навантаження, яке легше виробляє характеристики пластичної деформації, так що він заповнює ущільнювальну поверхню фланця невеликого виступу, щоб досягти ущільнення.
У з’єднанні з ущільненим фланцем сила стиснення прокладки деформує матеріал прокладки, щоб заповнити мікрозазор між ущільнювальними поверхнями фланця.
Форми протікання в прокладкових герметичних з'єднаннях
У фланцевих герметичних з'єднаннях прокладка є основним ущільнювальним елементом. У випадку неметалевих прокладок з’єднання ущільнюється шляхом затягування болтів, що викликає велике напруження стиску на контактній поверхні між фланцем і прокладкою та всередині прокладки, що, з одного боку, робить поверхню прокладки щільною до поверхню фланця та заповнює мікрозазор на поверхні фланця, а з іншого боку зменшує пористість матеріалу прокладки, тобто зменшує канал витоку рідини, що ущільнюється. Оскільки неможливо сформувати абсолютно гладку ідеальну поверхню будь-яким методом обробки, а також неможливо досягти повного розміщення між поверхнями ущільнювачів і повної закупорки пор самого ущільнювача, між ними завжди залишаються невеликі зазори або канали. ущільнювальні поверхні контактують одна з одною та всередині ущільнення. Як результат, витік завжди неминучий для прокладок. Коли середовище проходить через болт-фланцеве з'єднання під певним тиском, у місці ущільнення завжди є витік. Аналіз цього явища показує, що витік відбувається у двох формах, а саме «витік між поверхнею» та «витік через проникнення».
1. Міжфазний витік
Недостатня напруга стиску прокладки, шорстка поверхня ущільнення фланця, термічна деформація, механічна деформація та вібрація труби можуть спричинити витік через погане прилягання між прокладкою та поверхнею ущільнення фланця. Крім того, фланцеві з’єднання в робочих умовах через роль температури, тиску, подовження деформації болта, релаксації повзучості прокладки, пружності, старіння матеріалу прокладки, зносу тощо також спричинять витік між фланцем та поверхнею ущільнення фланця. Такий вид витоку між прокладкою та ущільнювальною поверхнею фланця називається "витоком на межі розділу".
2. Витік проникнення
Неметалеві прокладки зазвичай виготовляються з рослинних, тваринних, мінеральних або хімічних волокон, з’єднаних з гумою, або виготовлені з пористих матеріалів, таких як гнучкий графіт. Завдяки своїй пухкій організації, низькій щільності та численним крихітним проміжкам між волокнами в нього легко проникає середовище, особливо під тиском, через внутрішні пори матеріалу. Такий вид витоку відбувається всередині матеріалу прокладки і називається «витоком шляхом проникнення».
