Vòng đệm là một phớt cơ khí lấp đầy khoảng trống giữa hai hoặc nhiều bề mặt tiếp xúc, thường để ngăn rò rỉ từ hoặc vào các vật được ghép nối trong khi chịu nén. Các miếng đệm cho phép các bề mặt tiếp xúc “không hoàn hảo” trên các bộ phận của máy nơi chúng có thể lấp đầy các chỗ không đều, đồng thời đủ đàn hồi để chống lại hiện tượng đùn và rão trong các điều kiện vận hành. Chức năng chính xác của miếng đệm về mặt này là ngăn chặn sự thoát ra hoặc xâm nhập của chất lỏng (chất lỏng hoặc chất khí) ngay cả ở áp suất và nhiệt độ cực cao. Người ta thường mong muốn rằng miếng đệm được làm từ vật liệu có độ dẻo ở một mức độ nào đó sao cho nó có thể biến dạng và lấp đầy không gian mà nó được thiết kế, kể cả bất kỳ sự bất thường nhỏ nào. Một số miếng đệm yêu cầu bôi keo trực tiếp lên bề mặt miếng đệm để hoạt động bình thường.

Vật liệu và Tính chất

Vòng đệm thường được làm từ vật liệu phẳng, dạng tấm như giấy, cao su, silicon, kim loại, nút bần, nỉ, cao su tổng hợp, cao su nitrile, sợi thủy tinh, polytetrafluoroetylen (còn được gọi là PTFE hoặc Teflon) hoặc polyme nhựa (chẳng hạn như polychlorotrifluoroetylen) . Vòng đệm cho các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như hệ thống hơi nước áp suất cao, có thể chứa amiăng. Tuy nhiên, do các nguy cơ sức khỏe liên quan đến việc tiếp xúc với amiăng, vật liệu đệm không amiăng được sử dụng khi thực tế.

Vật liệu đệm tối ưu cần phải có các đặc điểm sau.

• Kháng hóa chất của PTFE.
• Nhiệt độ hoặc khả năng chịu nhiệt của than chì.
• Sức mạnh hoặc tính chất cơ học của thép.
• Không căng thẳng chỗ ngồi của cao su mềm.
• không tốn kém.

Rõ ràng là không có vật liệu đệm nào được biết đến có tất cả các đặc điểm này và mỗi vật liệu có những hạn chế nhất định hạn chế việc sử dụng nó. Có thể khắc phục một phần các hạn chế bằng một số phương pháp, chẳng hạn như sử dụng các miếng chèn gia cố, kết hợp nó với các vật liệu khác, thay đổi cấu trúc hoặc mật độ hoặc bằng cách tự thiết kế mối nối để khắc phục một số hạn chế.

Một trong những đặc tính mong muốn hơn của miếng đệm hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp là khả năng chịu được tải trọng nén cao. Hầu hết các ứng dụng miếng đệm công nghiệp liên quan đến các bu lông chịu nén tốt trong phạm vi 14 MPa (2000 psi) hoặc cao hơn. Tải trọng nén tác dụng lên miếng đệm càng nhiều thì tuổi thọ của nó càng lâu. Có một số cách để đo khả năng chịu tải nén của vật liệu đệm. “Thử nghiệm nén nóng” có lẽ là thử nghiệm được chấp nhận nhiều nhất trong số các thử nghiệm này.

Nhiều yếu tố được xem xét khi lựa chọn miếng đệm để đảm bảo tính phù hợp của nó đối với ứng dụng đã định. Lựa chọn chính của một loại miếng đệm dựa trên những điều sau đây.

• Nhiệt độ của phương tiện được chứa
• Áp lực của phương tiện truyền thông phải được chứa
• Bản chất ăn mòn của ứng dụng
• Mức độ quan trọng của ứng dụng
• cấu hình mặt bích

Kiểm tra nén nóng

Một đặc điểm quan trọng đối với các miếng đệm công nghiệp là khả năng chịu tải nén. Các đánh giá, chẳng hạn như thử nghiệm nén nóng, có thể được sử dụng để đánh giá khả năng chịu được các trọng lượng và nhiệt độ khác nhau của một miếng đệm cụ thể. Thông thường, một miếng đệm được đặt giữa các bu lông tác dụng của máy ép thủy lực. Nhiệt độ được tăng lên, thường lên tới gần 600 độ F, với tốc độ gia tăng trong một khoảng thời gian nhất định trong khi máy ép tạo áp suất tải không đổi lên miếng đệm. Bất kỳ sự giảm độ dày vật liệu nào đều được đo và sử dụng để đánh giá hiệu quả của miếng đệm. Các thử nghiệm như thế này có thể hữu ích trong việc lựa chọn miếng đệm hoặc quyết định cấu hình thiết kế hoặc vật liệu nhất định.

Là một miếng đệm cần thiết?

Mặc dù các miếng đệm có chức năng quan trọng là làm kín các mối nối, nhưng có một số thiết bị tương tự có thể phù hợp hơn với một số nhiệm vụ nhất định. Một ứng dụng yêu cầu một vòng đệm tạo thành một rào cản giữa các yếu tố bên ngoài và bên trong, chẳng hạn như một bộ phận để ngăn rò rỉ nước, thường cần một miếng đệm. Tuy nhiên, để lấp đầy các khoảng trống lắp ráp nhỏ giữa các bộ phận, các nhà sản xuất sẽ sử dụng miếng đệm hoặc “miếng chêm” tốt hơn,  đây là một nêm hẹp được sử dụng cho mục đích đóng gói hoặc cân bằng.

Tương tự như vậy,  o-ring , mặc dù tương tự như miếng đệm, nhưng có một ký hiệu khác một cách tinh tế. Không giống như các miếng đệm, vòng chữ o hầu như chỉ được làm bằng cao su tổng hợp hoặc nhựa polyme có đặc tính đàn hồi và chỉ được sản xuất ở dạng vòng. Chúng bền và đáng tin cậy trong việc bịt kín các bộ phận phù hợp bằng cách tạo ra một rào cản xung quanh khu vực có khả năng rò rỉ. Ngoài ra, các vòng đệm chữ o khác biệt về cấu hình mặt cắt ngang hình tròn hoặc hình vuông, cũng như khả năng chịu áp suất cao, khiến chúng có giá trị trong một số ứng dụng mà khả năng chống chịu của miếng đệm tiêu chuẩn sẽ không đủ.

Các loại vòng đệm

Theo vật liệu xây dựng, các miếng đệm có thể được chia thành ba loại chính:

• Phi kim loại – Các miếng đệm phi kim loại thường là vật liệu tấm composite được sử dụng trong các dịch vụ áp suất thấp đến trung bình. Với sự lựa chọn cẩn thận, những miếng đệm này không chỉ phù hợp cho dịch vụ thông thường mà còn cho các dịch vụ hóa chất và nhiệt độ khắc nghiệt. Ví dụ như chất đàn hồi, nút bần, tấm sợi nén, poly tetra fluoro ethylene (PTFE), PTFE được gia cố định hướng hai trục, than chì, thermiculite và miếng đệm cách điện, v.v. ASME B16.21 bao gồm các loại, kích thước, vật liệu, kích thước, dung sai kích thước, và đánh dấu cho các miếng đệm phẳng phi kim loại.
• Bán kim loại –  Vòng đệm bán kim loại là hỗn hợp của cả vật liệu kim loại và phi kim loại. Kim loại cung cấp độ bền và khả năng phục hồi của miếng đệm và thành phần phi kim loại cung cấp vật liệu làm kín phù hợp. Những miếng đệm này phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ và áp suất thấp và cao. Một loạt các vật liệu có sẵn. Ví dụ như vòng đệm quấn xoắn ốc, vòng đệm có lõi kim loại có răng cưa bao phủ, vòng đệm có vỏ bọc bằng kim loại và vòng đệm được gia cố bằng kim loại, v.v. ASME B16.20 đề cập đến vật liệu, kích thước, dung sai kích thước và đánh dấu cho vòng đệm kim loại và bán kim loại.
• Kim loại –  Các miếng đệm kim loại có thể được chế tạo với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau được khuyến nghị sử dụng trong các ứng dụng áp suất/nhiệt độ cao. Những miếng đệm này đòi hỏi chất lượng bề mặt niêm phong cao hơn nhiều so với các miếng đệm phi kim loại. Ngoại trừ các miếng đệm vòng hàn, tải trọng cao được yêu cầu để đặt các miếng đệm kim loại, vì chúng phụ thuộc vào sự biến dạng hoặc đúc của vật liệu vào bề mặt mặt bích. Ví dụ như các mối nối kiểu vòng, vòng thấu kính, vòng hàn và miếng đệm kim loại rắn, v.v. ASME B16.20 đề cập đến vật liệu, kích thước, dung sai kích thước và đánh dấu cho miếng đệm kim loại và bán kim loại.

Theo loại công trình, miếng đệm có thể được chia thành các loại sau:

• Gioăng có vỏ bọc –  Gioăng có vỏ bọc kết hợp hiệu quả và tính linh hoạt của các miếng đệm mềm (làm bằng cao su hoặc nhựa) với khả năng chống chịu và độ bền của lớp phủ kim loại bên ngoài. Loại áo khoác đơn có chất độn mềm với lớp phủ kim loại dọc theo một mặt của miếng đệm, trong khi phiên bản áo khoác kép có mặt kim loại được phủ hoàn toàn, giúp cải thiện nhiệt độ, áp suất và khả năng chống ăn mòn. Các biến thể khác bao gồm các miếng đệm có vỏ bọc lượn sóng và vỏ bọc Kiểu Pháp, cung cấp lớp phủ bên trong hoặc bên ngoài miếng đệm.

• Vòng đệm rắn – Vòng đệm  rắn thường được tạo thành từ kim loại và là một giải pháp thay thế tương đối rẻ tiền cho các vòng đệm có vỏ bọc. Chúng có khả năng chịu nhiệt và áp suất cao, mặc dù chúng cần lực nén cao hơn để tạo thành một lớp đệm kín và thường chỉ hiệu quả đối với các bề mặt cứng hơn bản thân kim loại. “Ring Joint Gasket” là một loại gioăng đặc. R ing chung miếng đệm có hai loại cơ bản, mặt cắt ngang hình bầu dục và mặt cắt ngang hình bát giác. Tiết diện hình bát giác có hiệu quả bịt kín cao hơn hình bầu dục và sẽ là miếng đệm được ưu tiên. Bề mặt bịt kín trên các rãnh của mối nối vòng phải được hoàn thiện nhẵn đến 63 microinch và không có các đường gờ, vết công cụ hoặc vết gia công khó chịu. Chúng bịt kín bằng tiếp xúc đường ban đầu hoặc tác động nêm khi lực nén được áp dụng. Độ cứng của vòng phải luôn nhỏ hơn độ cứng của mặt bích để đảm bảo RTJ không bị biến dạng chứ không phải mặt bích khi lắp ráp.

• Vòng đệm vết thương xoắn ốc – Vòng đệm  vết thương xoắn ốc được hình thành bằng cách kết hợp kim loại với nhựa mềm hơn hoặc cao su tổng hợp ở dạng uốn lượn, thường được gia cố bằng các lớp kim loại bổ sung mà không có chất độn. Thiết kế độc đáo của nó mang lại khả năng chịu ứng suất nhiệt và vật lý cao, cùng với khả năng bịt kín linh hoạt và đàn hồi. Vòng đệm quấn xoắn ốc thường được sử dụng trong các hệ thống đường ống, bơm và trao đổi nhiệt.

• Vòng đệm Kamm / Cam profile –  Thiết kế Kammprofile hoặc Camprofile chứa một lõi kim loại lượn sóng (thường là Thép không gỉ) được phủ bằng vật liệu bịt kín dễ uốn được gắn vào cả hai mặt của nó. Cấu trúc này tập trung ứng suất vật lý lên chất trám bề mặt, tạo ra các miếng đệm kín dọc theo các cạnh của miếng đệm trong khi vẫn giữ được tính linh hoạt và lõi kéo mạnh của thiết bị. Vòng đệm Kammprofile cung cấp hỗ trợ đáng tin cậy trong các hệ thống trao đổi nhiệt và đã cải thiện hiệu quả chi phí do khả năng sửa chữa của chúng.

kết nối mặt bích

Kết nối mặt bích là ứng dụng đệm trải rộng nhất. Kết nối mặt bích là một hệ thống niêm phong, bao gồm;

1. Cánh dầm
2. miếng đệm
3. bu lông

Chỉ có sự lựa chọn đúng đắn và sự kết hợp của ba bộ phận riêng lẻ này mới dẫn đến hoạt động không bị rò rỉ với tuổi thọ dài.

Để biết thêm về Kết nối mặt bích, hãy xem:

• Giới thiệu về mặt bích

Vòng đệm là một thiết bị để làm kín hai bề mặt, bằng cách tích trữ năng lượng giữa chúng. Vòng đệm phản ứng với các lực do bu lông tạo ra, do đó công và năng lượng truyền tới khớp bắt vít sẽ được ‘lưu trữ’ trong chính vòng đệm. Về chỗ ngồi, miếng đệm cần phải có khả năng khắc phục những khiếm khuyết vĩ mô và vi mô.

Để đảm bảo duy trì vòng đệm trong suốt tuổi thọ của cụm lắp ráp, phải duy trì đủ ứng suất trên bề mặt vòng đệm để tránh rò rỉ. Tải trọng còn lại của bu lông trên miếng đệm luôn phải lớn hơn lực cuối thủy tĩnh tác động lên miếng đệm. Lực cuối thủy tĩnh là lực được tạo ra bởi áp suất bên trong có tác dụng tách các mặt bích. Về cơ bản, có bốn phương pháp khác nhau sau đây được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp để đạt được hàng rào không bị phá vỡ này.

• Nén – Đây là phương pháp phổ biến nhất để làm kín mối nối mặt bích và lực nén thường được áp dụng bằng cách bắt vít.
• Tiêu hao – Đây là sự kết hợp của hành động kéo kết hợp với lực nén, chẳng hạn như trong miếng đệm bugi trong đó bugi được vặn xuống trên miếng đệm vừa bị nén vừa vặn vào mặt bích.
• Bằng nhiệt – Ví dụ là trường hợp bịt kín mối nối chuông và khớp định vị trên ống gang bằng chì nóng chảy. Tuy nhiên, trong trường hợp như vậy, sau khi đổ chì nóng chảy, nó được đầm vào vị trí bằng dụng cụ đầm và búa.
• Giãn nở môi gioăng – Đây là hiện tượng xảy ra do mép gioăng bị phồng lên khi gioăng chịu tác động của chất lỏng đọng lại. Điều này làm cho vật liệu đệm phồng lên và tăng tương tác của đệm với mặt bích.

Các lực tác dụng lên khớp đệm

• Áp suất bên trong – Đây là các lực liên tục cố gắng mở mối nối có đệm bằng cách tác dụng áp suất lên đệm (áp suất xả) và lên các mặt bích giữ đệm tại chỗ (lực thủy tĩnh).
• Tải trọng mặt bích – đó là tổng lực nén miếng đệm để tạo ra một miếng đệm kín. Đó là áp lực hiệu quả do tải bu lông.
• Nhiệt độ – Nhiệt độ tạo ra các hiệu ứng cơ nhiệt, làm giãn nở hoặc co lại các kim loại, ảnh hưởng đến vật liệu đệm bằng cách thúc đẩy ‘sự giãn rão’, đây là chất lượng giãn hoặc biến dạng vĩnh viễn của nhiều vật liệu mềm khi chịu ứng suất. Ảnh hưởng của một số chất lỏng hạn chế nhất định có thể ngày càng suy giảm khi nhiệt độ tăng và sự tấn công vào vật liệu đệm hữu cơ lớn hơn đáng kể so với nhiệt độ môi trường xung quanh (khoảng 25 độ C). Theo quy luật, nhiệt độ càng cao thì việc lựa chọn miếng đệm thích hợp càng trở nên quan trọng. .
• Trung bình – Đó là chất lỏng (lỏng hoặc khí) mà miếng đệm sẽ bịt kín.
• Điều kiện chung – Chúng bao gồm loại mặt bích, bề mặt mặt bích, loại vật liệu bu lông, khoảng cách và độ kín của bu lông, v.v.

Có những lực sốc khác có thể được tạo ra do sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ và áp suất. Sự thư giãn của creep là một yếu tố khác có thể xuất hiện trong bức tranh.