Hlavní zdroj energie v těsnicích kroužcích: Analýza typů pružin a jejich funkcí

V průmyslové oblasti jsou těsnicí prvky klíčovými součástmi pro prevenci úniku kapalin (jako je olej, voda, chemikálie nebo plyn). Mezi různými druhy těsnění existuje kategorie vysoce výkonných těsnicích kroužků, jejichž jádro obsahuje „silové srdce“ – pružinu. Ta zajišťuje, že si těsnění udržuje dlouhodobý a stabilní těsnicí výkon i za náročných provozních podmínek. Tento článek se zabývá hlavními typy pružin používaných v těsnicích kroužcích a jejich jedinečnými rolemi.

​I. Proč je potřeba pružina? – Základní funkce pružiny​

V aplikacích dynamického těsnění (např. rotující hřídele, vratné pístní tyče) může těsnicí břit postupně ztrácet těsný kontakt s dosedací plochou v důsledku opotřebení, roztahování/smršťování materiálu v důsledku změn teploty a nesouososti hřídele, což vede k netěsnosti. Hlavní funkcí vestavěné pružiny je…poskytují nepřetržitou a stabilní radiální kompenzační síluk:

1. ​Kompenzace opotřebení: Automaticky vyrovnává vůli vzniklou dlouhodobým opotřebením.
2. ​Zohlednění tolerancíKompenzace rozměrových a geometrických tolerancí hřídele nebo pouzdra.
3. ​Zvládnutí tepelné roztažnosti/smršťování: Udržujte dostatečný těsnicí kontaktní tlak i při výrazných teplotních výkyvech.
4. ​Zajistěte stálé utěsněníZaručit, že se těsnicí síla během životnosti výrazně nesníží.

Těsnění s takovými pružinami se obvykle nazývajípružinovou pružinovou těsnění, nejběžnějším příkladem je pružinové těsnění.

​II. Hlavní typy pružin a jejich vlastnosti a použití​

Typ pružiny přímo určuje výkon a použití těsnicího kroužku. Níže je uvedeno několik běžných typů pružin:

​1. V-pružina (V-pružina)​

• ​StrukturaVyrobeno z přesně lisovaného pásu z nerezové oceli, tvořícího souvislou strukturu ve tvaru V; průřez připomíná řadu písmen „V“.
• ​Funkce a výhody:
  • ​Rovnoměrná radiální sílaZajišťuje velmi hladké a rovnoměrné radiální zatížení, což vede k rovnoměrnému opotřebení břitů a stabilnímu utěsnění.
  • ​Nízké třeníRelativně nízké tření během pohybu díky malé kontaktní ploše s vnitřní stěnou těsnění.
  • ​Odolnost proti zlomeníDíky souvislé páskové konstrukci je odolný vůči kroucení nebo zalomení během instalace, obzvláště vhodný pro velké průměry.
• ​Typické aplikaceNejvšestrannější a nejběžnější typ, vhodný pro většinu rotačních, vratných a statických aplikací; první volba pro mnoho standardních pružinových těsnění.

​2. Šroubová vinutá pružina (šroubová vinutá pružina)​

• ​StrukturaVyrobeno z drátu kulatého nebo obdélníkového průřezu navinutého do souvislé spirálové cívky.
• ​Funkce a výhody:
  • ​Vysoká síla pružinyPoskytuje vyšší jednotkovou plošnou sílu pružiny než V-pružiny, což má za následek silnější těsnicí tlak.
  • ​Vynikající odolnost proti stlačeníZejména spirály vyrobené z obdélníkového drátu (zkosená vinutá pružina) vynikají v odolnosti proti axiálnímu tlaku a bočnímu zatížení a jsou méně náchylné k deformaci pod vysokým tlakem.
  • ​Odolnost vůči nízkým teplotámNižší rychlost poklesu síly pružiny při velmi nízkých teplotách ve srovnání s V-pružinami.
• ​Typické aplikace:
  • ​Vysokotlaké podmínkyČasto se používá pro statické a dynamické těsnění za extrémně vysokého tlaku.
  • ​Nízkoteplotní podmínkyNapříklad kryogenní média jako LNG, kapalný dusík, kapalný kyslík.
  • ​Aplikace s velkými průjezdyLepší kompenzace větších radiálních vůlí a excentricity.

​3. U-pružina (U-pružina)​

• ​StrukturaPodobná konstrukce jako u V-pružiny, ale průřez má tvar „U“.
• ​Funkce a výhody:
  • ​Střední síla pružinyJeho charakteristiky pružinové síly se nacházejí mezi V-pružinami a spirálovými pružinami.
  • ​Cenově výhodnéObecně nižší výrobní náklady.
• ​Typické aplikaceVyskytuje se v některých cenově citlivých aplikacích s nízkým až středním tlakem, kde podmínky nejsou extrémní; méně běžné než V-pružiny a spirálové pružiny.

​4. Vlnové jaro (Vlnové jaro)​

• ​StrukturaPlochý kovový prstenec s několika souvislými vrcholy a údolími.
• ​Funkce a výhody:
  • ​Kompaktní prostorVyžaduje minimální axiální instalační prostor, ideální pro tenkostěnné, kompaktní konstrukce.
  • ​Řízená sílaSchopný poskytnout přesně navrženou předpínací sílu.
• ​Typické aplikacePoužívá se především prostatické těsnění, který slouží jako kompenzační prvek předpětí pro O-kroužky nebo jiná elastomerová těsnění, nikoli pro kompenzaci břitu v dynamických těsněních.

​III. Jak vybrat správný typ pružiny?​

Výběr typu pružiny vyžaduje komplexní zvážení následujících faktorů:

• ​Provozní tlakPro vysoký tlak je vhodnější spirálová pružina; pro nízký/střední tlak je dobrou volbou pružina tvaru V.
• ​Typ pohybuPro rotační těsnění jsou upřednostňovány V-pružiny zajišťující rovnoměrnou sílu; obě lze použít pro vratný pohyb.
• ​Teplotní rozsahŠroubovité pružiny (zejména z obdélníkového drátu) jsou spolehlivější při velmi nízkých teplotách.
• ​Kompatibilita médiíMateriál pružiny (obvykle nerezová ocel 304 nebo 316) musí být kompatibilní s médiem; vysoce korozivní prostředí může vyžadovat speciální materiály, jako je Hastelloy.
• ​Prostorová omezeníV případě omezeného axiálního prostoru lze pro statické těsnění zvážit vlnové pružiny.
• ​Rozpočet nákladůV-pružiny nabízejí vysoký poměr ceny a výkonu; spirálové pružiny sice nabízejí vynikající výkon, ale za relativně vyšší cenu.

​Závěr​

Přestože je pružina malá, je duší pružinovým těsněním. Od V-pružiny poskytující rovnoměrný tlak až po spirálovou pružinu zajišťující odolnost proti extrémně vysokému tlaku, každý typ je určen k řešení specifických technických problémů. Pochopení jejich jedinečných funkcí a použitelných scénářů je klíčovým krokem při výběru nejvhodnějšího a nejspolehlivějšího řešení těsnění pro zařízení, čímž se efektivně zvyšuje spolehlivost, účinnost, životnost a eliminují rizika úniku.