Kovová U-těsnění vynikají v extrémních podmínkách (>70 MPa, -200 °C až 650 °C), kde selhávají elastomery. Tato technická analýza se zabývá jejich strukturálními výhodami, výběrem materiálu a kritickými instalačními protokoly.
I. Základní charakteristiky a konstrukční návrh
1.1 Konstrukční prvky
| Parametr | Kovové U-těsnění | Kovové C-těsnění |
|---|---|---|
| Průřez | Symetrické rty ve tvaru U | Otevřený jednoduchý břit ve tvaru C |
| Těsnicí mechanismus | Elastická deformace břitu + radiální předpětí | Komprese linkového kontaktu |
| Tolerance nesouososti | ★★★★☆ (adaptivní ±0,5 mm) | ★★☆☆☆ (Vyžaduje přesné zarovnání) |
| Odolnost proti kolapsu | Zesílená kořenová struktura | Tenkostěnné náchylné k trvalé deformaci |
1.2 Princip fungování
- Dvoustupňové těsnění:
- Primární těsnění: Počáteční kontakt prostřednictvím elastické deformace břitu
- Sekundární těsnění: Tlak v systému aktivuje kontakt mezi okrajem a povrchem
- Rezerva na doskokyU-báze ukládá elastickou energii pro kompenzaci opotřebení/tepelné teploty
II. Vlastnosti materiálu (normy ASTM)
| Materiál | Teplotní rozsah | Odolnost proti korozi | Typické aplikace |
|---|---|---|---|
| Nerezová ocel 304 | -200~400℃ | Slabé kyseliny/zásady (pH 4–10) | Obecná hydraulika |
| Hastelloy C276 | -250~450℃ | ★★★★★ (Silné kyseliny/halogeny) | Chemické reaktory/Jaderná čerpadla |
| Ti-6Al-4V | -270~600℃ | Mořská voda/oxidační média | Letecké/hlubinné vybavení |
| Inconel 718 | -200~700℃ | Vysokoteplotní oxidace | Trysky raketového motoru |
Poznámka: Rychlost koroze slitiny Hastelloy <0,002 mm/rok v prostředí Cl⁻ (ASTM G48)
III. Klíčové rozdíly oproti C-Seals
| Srovnání | Kovové U-těsnění | Kovové C-těsnění |
|---|---|---|
| Spolehlivost | Redundantní dvojité břitové těsnění | Riziko jednobodového kontaktu |
| Dynamická přizpůsobivost | Kompenzuje vibrace/nesouosost | Je vyžadováno přesné zarovnání (<0,1 mm) |
| Odolnost proti nárazu | Kořen rozkládající tlak | Tenkostěnné se snadno hroutí |
| Opakovatelnost | 3–5 servisních cyklů | Obvykle se po odstranění zlikviduje |
| Nákladová efektivita | Vyšší počáteční náklady, životnost přesahující 5 let | Nízká cena, ale častá výměna |
IV. Kritické aplikace
4.1 Nenahraditelné scénáře
- Ultravysokotlaké válce:
-
100 MPa (např. lisovací válce o síle 10 000 tun)
- Únik <1 ml/h (ISO 6194)
-
- Extrémní teploty:
- Potrubí pro kapalný kyslík (-183℃)
- Těsnění plynových turbín (650℃)
- Agresivní média:
- Reaktory s kyselinou sírovou (koncentrace > 98 %)
- Hydraulické systémy s mořskou vodou
4.2 Případové studie
- Dokovací mechanismus vesmírné staniceU-těsnění Ti-6Al-4V udržuje vakuum 10⁻⁸ Pa
- Hlubokomořské BOPyTěsnění ve tvaru U z Hastelloyu odolávají hydrostatickému tlaku 103,5 MPa
V. Instalační protokol
5.1 Kritické kroky
- Příprava povrchu:
- Ra ≤0,4 μm (ISO 4288)
- Tvrdost ≥HRC 50
- Kontrola vůle:
- Radiální vůle: 0,05–0,15 mm (Interference = 0,1 % × průměr hřídele)
- Předkomprese:
- Axiální komprese: 15-20 % (Překomprese způsobuje plastickou deformaci)
5.2 Zakázané operace
- ❌ Instalace s kladivem (použijte nástroje pro lisování trnů)
- ❌ Nadměrné protažení (deformace >2 % ničí odraz)
- ❌ Suchá montáž (nutno použít vysokoteplotní mazivo MoS₂)
ZávěrKovová U-těsnění dosahují téměř nulových úniků v extrémních podmínkách díky elastickému ukládání energie a těsnění pod tlakem. Jejich konstrukce s dvojitým břitem překonává C-těsnění ve spolehlivosti a přizpůsobivosti a snižuje náklady na životní cyklus o více než 40 % i přes vyšší počáteční investici.
Čas zveřejnění: 26. června 2025