Способность кольца линзы обеспечивать высокое давление на седло прокладки при низких нагрузках на болты обусловлена, прежде всего, принципами его конструкции, свойствами материала, требованиями к обработке и физическими эффектами во время работы. Поперечное сечение прокладка линзы имеет сферическую форму или подобную выпуклой линзе. Благодаря такой конструкции контакт между прокладкой и фланцем становится линейным, а не поверхностным контактом. Конструкция линейного контакта значительно уменьшает площадь контакта, тем самым создавая более высокое локальное контактное напряжение при одинаковом усилии предварительного затягивания болта, то есть достигая высокого давления на посадку прокладки. Когда внутреннее давление системы увеличивается, прокладка линзы будет подвергаться воздействию внутреннего давления и расширяться в радиальном направлении. Это расширение еще больше увеличит контактное напряжение между прокладкой и поверхностью фланца, образуя так называемый «эффект самозатягивания». Этот эффект позволяет прокладке линзы сохранять стабильные герметизирующие свойства в средах с высоким давлением при низких начальных нагрузках на болты.
Прокладки линз обычно изготавливаются из материалов с хорошей эластичностью, таких как металл, резина или композитные материалы. Эти материалы могут упруго деформироваться под воздействием внешних сил, заполняя крошечные зазоры между поверхностями фланцев, образуя эффективное уплотнение. В то же время эластичный материал может адаптироваться к неровностям поверхности фланца и повысить надежность уплотнения. Твердость материала прокладки должна быть умеренной. Он должен не только обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать воздействие силы предварительной затяжки болтов и внутреннего давления системы, но также избегать чрезмерных контактных напряжений с поверхностью фланца и повреждения уплотняющей поверхности. Как правило, материал прокладки должен быть мягче, чем материал фланца, чтобы обеспечить плотную посадку при меньших нагрузках на болты.
Чтобы обеспечить эффективное уплотнение между прокладкой линзы и поверхностью фланца, поверхность фланца должна иметь высокую плоскостность. Любая небольшая неровность может привести к неплотному прилеганию прокладки, что повлияет на герметичность. Поэтому при обработке фланцев необходимо строго контролировать такие показатели геометрической точности, как плоскостность и параллельность. Прокладки линз обычно необходимо устанавливать в уплотнительную канавку фланца. Точность обработки уплотнительной канавки также напрямую влияет на уплотняющий эффект прокладки. Ширина, глубина и форма уплотнительной канавки должны быть точно рассчитаны и обработаны в соответствии с размером и формой прокладки.
Из-за конструкции прокладки линзы с линейным контактом, когда на прокладку действует сила предварительного затягивания болта, на линии контакта возникает концентрация напряжений. Такая концентрация напряжений помогает достичь высокого давления на седло регулировочной шайбы при меньших нагрузках на болты. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерного напряжения, которое может привести к повреждению прокладки или фланца. Когда усилие предварительного затягивания болта ослабляется или внутреннее давление системы снижается, прокладка линзы может использовать свою хорошую способность к упругому восстановлению, чтобы быстро вернуться к своей исходной форме и положению, тем самым сохраняя непрерывность и стабильность уплотнения.
Прокладки линз достигают цели обеспечения высокого давления на седло прокладки при низких нагрузках на болты благодаря сочетанию уникальных принципов проектирования, свойств материала, требований к обработке и физических эффектов во время эксплуатации. Благодаря этой характеристике линзовые прокладки имеют широкие перспективы применения и имеют важное практическое значение в трубопроводных системах высокого давления и сосудах под давлением.