Gasket là gì? Định nghĩa và chức năng của gioăng làm kín

Gasket, thường được gọi là gioăng hoặc gioăng làm kín, là chi tiết được đặt giữa hai bề mặt lắp ghép nhằm tạo và duy trì độ kín. Gasket được sử dụng phổ biến tại mặt bích đường ống, van, bơm, bình áp lực, thiết bị trao đổi nhiệt, nắp máy và nhiều cụm thiết bị công nghiệp.

Hai bề mặt kim loại dù được gia công chính xác vẫn tồn tại độ nhám, sai lệch độ phẳng và các khuyết tật vi mô. Khi được nén bằng lực siết bulông, gasket biến dạng có kiểm soát để lấp đầy những khe hở này, tạo hàng rào ngăn chất lỏng hoặc khí thoát khỏi hệ thống.

Định nghĩa gasket trong kỹ thuật làm kín

Theo tài liệu kỹ thuật của Durlon, chức năng của gasket là tạo và duy trì một mối làm kín tĩnh giữa hai bề mặt đứng yên, không hoàn hảo của hệ thống cơ khí. Mối nối được thiết kế để chứa nhiều loại chất lỏng hoặc khí trong các điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau.

Gasket không hoạt động độc lập. Khả năng làm kín là kết quả phối hợp của toàn bộ cụm liên kết gồm:

Hai mặt bích hoặc hai bề mặt lắp ghép;
Gasket có vật liệu và kích thước phù hợp;
Bulông, đai ốc và vòng đệm;
Lực siết và trình tự siết;
Chất bôi trơn ren nếu quy trình yêu cầu;
Độ phẳng, độ nhám và tình trạng bề mặt mặt bích;
Điều kiện nhiệt độ, áp suất và tải trọng vận hành.

Vì vậy, một mối nối bị rò rỉ không nhất thiết chỉ do bản thân gasket. Sai vật liệu, lực nén không đủ, mặt bích hư hỏng, bulông siết không đều hoặc lắp lệch tâm đều có thể dẫn đến mất kín.

Chức năng chính của gasket

1. Ngăn chất lỏng và khí rò rỉ

Chức năng quan trọng nhất của gasket là giữ môi chất bên trong hệ thống. Môi chất có thể là nước, dầu, hơi, khí nén, hydrocarbon, hóa chất hoặc chất lỏng công nghệ.

2. Lấp đầy độ nhám và khuyết tật bề mặt

Bề mặt mặt bích có các rãnh gia công và khuyết tật vi mô. Khi được nén, vật liệu gasket biến dạng và điền đầy các vùng này để tạo đường làm kín liên tục.

Gasket không được dùng để bù cho mặt bích cong vênh nghiêm trọng, lệch tâm hoặc hư hỏng vượt giới hạn cho phép. Những khuyết tật lớn phải được đánh giá và sửa chữa trước khi lắp gasket mới.

3. Duy trì độ kín khi điều kiện vận hành thay đổi

Trong quá trình vận hành, mối nối có thể chịu thay đổi áp suất, nhiệt độ, rung động và chu kỳ nóng – lạnh. Gasket cần duy trì ứng suất tiếp xúc đủ lớn để hạn chế hình thành đường rò rỉ.

4. Phân bố tải nén trên bề mặt làm kín

Khi bulông được siết, gasket tiếp nhận và phân bố tải nén trên vùng tiếp xúc. Mức tải phải đủ để gasket điền đầy bề mặt nhưng không được vượt giới hạn làm vật liệu bị nghiền, đùn hoặc hư hỏng.

5. Hỗ trợ bảo vệ thiết bị và môi trường

Mối nối kín giúp hạn chế thất thoát môi chất, giảm nguy cơ ô nhiễm, cháy nổ, ăn mòn thiết bị và ảnh hưởng đến an toàn của người vận hành.

Gasket tạo độ kín như thế nào?

Sau khi gasket được đặt giữa hai mặt bích, bulông được siết để tạo lực kẹp. Lực kẹp nén gasket lên hai bề mặt, làm vật liệu điền đầy những rãnh và khuyết tật nhỏ.

Để mối nối duy trì độ kín, ứng suất nén còn lại trên gasket trong quá trình vận hành phải đủ lớn để chống lại áp suất môi chất và các tải trọng có xu hướng tách hai mặt bích.

Nếu tải nén quá thấp, gasket không thể điền đầy bề mặt hoặc chống lại áp suất. Nếu tải nén quá cao, gasket có thể bị nghiền, đùn, mất khả năng phục hồi hoặc làm hư hỏng mặt bích.

Các lực tác động lên mối nối có gasket

Lực siết bulông

Lực siết bulông giữ hai mặt bích lại với nhau và tạo ứng suất nén lên gasket. Đây là lực cần thiết để gasket ổn định và hình thành mối làm kín ban đầu.

Lực tách mặt bích do áp suất

Áp suất bên trong đường ống hoặc thiết bị tạo lực dọc trục có xu hướng đẩy hai mặt bích tách khỏi nhau. Lực này có thể làm bulông giãn và giảm ứng suất nén còn lại trên gasket.

Lực đẩy gasket ra ngoài

Áp suất nội bộ cũng tác động lên mép trong của gasket và có xu hướng đẩy vật liệu ra khỏi khe giữa hai mặt bích. Nguy cơ này tăng khi khe hở lớn, gasket đặt lệch, vật liệu không đủ độ bền hoặc lực siết không phù hợp.

Tải trọng nhiệt và cơ học

Sự giãn nở khác nhau giữa mặt bích, bulông và gasket có thể làm tải nén thay đổi. Ngoài ra, rung động, tải từ đường ống, sai tâm và chu kỳ vận hành cũng ảnh hưởng đến sự ổn định của mối nối.

Những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm kín

Loại và nồng độ môi chất;
Áp suất vận hành và áp suất thử;
Nhiệt độ bình thường, nhiệt độ cực đại và chu kỳ nhiệt;
Vật liệu, cấu tạo và chiều dày gasket;
Kiểu mặt bích và cấp áp suất;
Độ nhám, độ phẳng và tình trạng bề mặt;
Vật liệu, kích thước và tình trạng bulông;
Lực siết, trình tự siết và chất bôi trơn ren;
Tải trọng từ đường ống và độ đồng tâm của mặt bích;
Rung động, xung áp và số chu kỳ nóng – lạnh;
Khả năng nén, phục hồi và chống chảy nguội của vật liệu;
Yêu cầu an toàn và mức rò rỉ cho phép.

Các nhóm gasket công nghiệp phổ biến

Gasket không kim loại

Gasket không kim loại được làm từ cao su, PTFE, graphite, sợi nén không amiăng và nhiều vật liệu tổng hợp khác. Nhóm này có khả năng biến dạng tốt, dễ gia công và được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống công nghiệp.

Các vật liệu phổ biến gồm:

NBR cho nhiều ứng dụng dầu và nhiên liệu phù hợp;
EPDM cho nước, hơi nước và môi trường ngoài trời phù hợp;
FKM cho nhiều loại dầu, nhiên liệu và nhiệt độ cao hơn;
PTFE cho các ứng dụng cần khả năng kháng hóa chất;
Graphite cho nhiều hệ thống hơi và nhiệt độ cao;
Sợi nén không amiăng cho đường ống công nghiệp thông dụng.

Gasket bán kim loại

Gasket bán kim loại kết hợp phần kim loại chịu lực với vật liệu mềm có khả năng làm kín. Các thiết kế phổ biến gồm Spiral Wound Gasket, Kammprofile và Corrugated Metal Gasket.

Spiral Wound Gasket sử dụng dải kim loại được quấn xen kẽ với lớp filler graphite, PTFE hoặc vật liệu phù hợp. Dòng gasket này thường được lựa chọn cho mặt bích chịu nhiệt, áp suất và chu kỳ vận hành cao hơn.

Gasket kim loại

Gasket kim loại được chế tạo hoàn toàn hoặc chủ yếu từ kim loại, phù hợp với các mối nối được thiết kế cho áp suất, nhiệt độ và tải siết cao.

Ring Type Joint là một ví dụ phổ biến, thường được sử dụng với rãnh mặt bích tương ứng trong ngành dầu khí, hóa dầu và thiết bị áp suất cao.

Ring gasket và full-face gasket khác nhau như thế nào?

Ring gasket

Ring gasket không có lỗ bulông và được đặt bên trong vòng bulông. Kiểu này thường được sử dụng trên mặt bích raised face, với gasket nằm trực tiếp trên vùng mặt nâng.

Full-face gasket

Full-face gasket phủ toàn bộ mặt bích và có các lỗ để bulông đi qua. Kiểu này thường được dùng trên mặt bích flat face, đặc biệt với một số mặt bích gang hoặc vật liệu dễ hư hỏng khi chịu tải uốn không đồng đều.

Không nên tự ý thay đổi giữa ring gasket và full-face gasket nếu chưa đánh giá kiểu mặt bích, vật liệu mặt bích, diện tích chịu nén và khả năng tạo tải của bulông.

Gasket mềm hơn có phải luôn làm kín tốt hơn?

Vật liệu mềm thường dễ điền đầy bề mặt nhưng không có nghĩa luôn là lựa chọn tốt nhất. Gasket quá mềm có thể bị đùn, chảy nguội, mất tải nén hoặc hư hỏng dưới áp suất và nhiệt độ cao.

Ngược lại, gasket cứng hơn thường cần tải nén và chất lượng bề mặt phù hợp để tạo độ kín. Việc lựa chọn phải cân bằng giữa:

Khả năng điền đầy bề mặt;
Khả năng chịu tải nén;
Độ phục hồi;
Khả năng chống đùn;
Kháng nhiệt và hóa chất;
Lực siết mà mặt bích và bulông có thể cung cấp.

Ảnh hưởng của chiều dày gasket

Gasket dày có thể bù một số sai lệch bề mặt tốt hơn nhưng thường dễ chịu ảnh hưởng của chảy nguội, giãn nở, mất tải nén và lực đẩy ngang hơn. Gasket mỏng thường ổn định hơn nhưng đòi hỏi bề mặt mặt bích có chất lượng tốt hơn.

Không nên chọn gasket dày chỉ để bù mặt bích bị cong vênh hoặc hư hỏng. Cần sử dụng chiều dày theo thiết kế, tài liệu sản phẩm hoặc tính toán kỹ thuật của mối nối.

Vai trò của độ nhám mặt bích

Độ nhám phải phù hợp với loại gasket. Các rãnh bề mặt giúp gasket bám và tạo đường làm kín, nhưng mặt quá thô có thể tạo đường rò xuyên tâm; mặt quá nhẵn có thể làm một số gasket dễ trượt hoặc khó tạo độ kín theo thiết kế.

Gasket kim loại, bán kim loại và không kim loại có yêu cầu độ nhám khác nhau. Cần đối chiếu hướng dẫn của nhà sản xuất thay vì áp dụng một giá trị cho mọi loại gasket.

Cách lựa chọn gasket phù hợp

1. Xác định môi chất

Cần biết chính xác tên chất lỏng hoặc khí, nồng độ, phụ gia và khả năng gây ăn mòn. Một vật liệu phù hợp với dầu không nhất thiết phù hợp với hơi, dung môi hoặc axit.

2. Xác định nhiệt độ

Cần xem xét nhiệt độ vận hành liên tục, nhiệt độ cực đại, nhiệt độ khởi động và chu kỳ nóng – lạnh. Khả năng kháng hóa chất của vật liệu cũng có thể suy giảm khi nhiệt độ tăng.

3. Xác định áp suất

Phải kiểm tra áp suất làm việc, áp suất thử, xung áp và cấp áp suất của mặt bích. Không lựa chọn gasket chỉ dựa trên áp suất danh nghĩa nếu chưa xét nhiệt độ và kích thước mối nối.

4. Xác định kiểu mặt bích

Kiểm tra mặt bích flat face, raised face, tongue and groove, male and female hoặc RTJ. Mỗi kiểu yêu cầu hình dạng và cấu tạo gasket tương ứng.

5. Kiểm tra khả năng tạo tải của bulông

Gasket cần một mức ứng suất nén tối thiểu để làm kín. Đồng thời, bulông và mặt bích phải đủ khả năng tạo tải mà không bị quá ứng suất, biến dạng hoặc nứt.

6. Kiểm tra yêu cầu tiêu chuẩn

Gasket có thể phải tuân theo ASME, EN, DIN, JIS hoặc tiêu chuẩn riêng của thiết bị. Với ứng dụng thực phẩm, nước uống, oxy hoặc môi chất nguy hiểm, cần kiểm tra thêm các chứng nhận liên quan.

Quy trình lắp gasket cơ bản

Cô lập thiết bị, xả áp suất và đưa hệ thống về trạng thái an toàn;
Tháo gasket cũ mà không làm hư hỏng mặt bích;
Làm sạch hai bề mặt tiếp xúc;
Kiểm tra độ phẳng, độ nhám, ăn mòn và vết xước;
Kiểm tra bulông, đai ốc và vòng đệm;
Xác nhận đúng loại, kích thước và chiều dày gasket;
Đặt gasket đúng tâm, không ép lệch hoặc gấp mép;
Bôi trơn ren theo quy trình nếu được yêu cầu;
Siết bulông theo hình sao và qua nhiều bước tải;
Kiểm tra mối nối trước khi đưa vào vận hành.

Những lỗi thường gặp khi sử dụng gasket

Chọn vật liệu không tương thích với môi chất;
Dùng gasket vượt giới hạn nhiệt độ hoặc áp suất;
Chọn sai tiêu chuẩn, kích thước hoặc kiểu mặt bích;
Lắp gasket lệch tâm;
Tái sử dụng gasket cũ;
Ghép nhiều lớp gasket để bù khe hở;
Dùng gasket quá dày để bù mặt bích cong vênh;
Không làm sạch gasket cũ khỏi mặt bích;
Siết bulông không đúng trình tự;
Lực siết quá thấp hoặc quá cao;
Không kiểm tra tình trạng bulông và vòng đệm;
Bôi keo hoặc chất chống dính lên gasket khi không được nhà sản xuất cho phép;
Không xử lý tải đường ống và độ lệch của mặt bích.

Dấu hiệu mối nối gasket có vấn đề

Xuất hiện vệt ẩm, dầu hoặc cặn quanh mặt bích;
Có mùi môi chất hoặc phát hiện khí bằng thiết bị kiểm tra;
Bulông thường xuyên bị lỏng;
Gasket bị đùn ra ngoài khe mặt bích;
Mặt bích ăn mòn hoặc xuất hiện dấu vết dòng rò;
Mối nối rò rỉ sau chu kỳ nóng – lạnh;
Phải siết lại nhiều lần mới duy trì được độ kín.

Không nên xử lý rò rỉ bằng cách siết bổ sung một cách tùy ý khi hệ thống đang có áp suất hoặc nhiệt độ cao. Thiết bị phải được đưa về trạng thái an toàn và nguyên nhân phải được đánh giá đầy đủ.

Ứng dụng của gasket trong công nghiệp

Đường ống nước, dầu, hơi và khí;
Van, bơm và máy nén;
Bình áp lực và bồn chứa;
Thiết bị trao đổi nhiệt;
Nồi hơi và hệ thống nhiệt;
Nhà máy hóa chất và hóa dầu;
Nhà máy thực phẩm và dược phẩm;
Nhà máy điện, thép, xi măng và giấy;
Thiết bị hàng hải và khai khoáng;
Nắp máy, hộp số và cụm thiết bị cơ khí.

Gasket công nghiệp tại Sealtech Vietnam

Sealtech Vietnam cung cấp gasket không kim loại, gioăng cao su, PTFE, graphite, gioăng sợi nén không amiăng, Spiral Wound Gasket và gasket kim loại cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Gasket có thể được cung cấp theo tiêu chuẩn mặt bích, bản vẽ hoặc mẫu thực tế. Khách hàng nên cung cấp đầy đủ:

Tên và nồng độ môi chất;
Nhiệt độ vận hành và nhiệt độ cực đại;
Áp suất làm việc và áp suất thử;
Tiêu chuẩn, kích thước và cấp áp suất mặt bích;
Kiểu bề mặt mặt bích;
Vật liệu, hình dạng và chiều dày gasket hiện tại;
Yêu cầu chứng nhận hoặc mức độ an toàn của hệ thống.

Sealtech Vietnam cũng cung cấp dụng cụ cắt gasket và hỗ trợ gia công gioăng theo kích thước phục vụ bảo trì, sửa chữa thiết bị.

Nhà sản xuất