पैन-सील्स के लिए वी-टाइप और ओ-टाइप स्प्रिंग्स की मुख्य प्रौद्योगिकियों की तुलना - संरचना, प्रदर्शन और चयन रणनीति

उच्च तापमान और उच्च दबाव वाले वाल्व, विमानन ईंधन प्रणाली और अल्ट्रा-क्लीन सेमीकंडक्टर उपकरणों में, स्प्रिंग-एनर्जाइज्ड सील स्प्रिंग और सीलिंग लिप के बीच तालमेल के कारण डायनेमिक सीलिंग के क्षेत्र में एक बेंचमार्क समाधान बन गया है। इसके कोर स्प्रिंग प्रकार (वी-टाइप और ओ-टाइप) का चुनाव सीधे सीलिंग प्रदर्शन और जीवन को प्रभावित करता है। यह लेख संरचनात्मक यांत्रिकी, काम करने की स्थिति अनुकूलन और विफलता मोड के आयामों से दो स्प्रिंग्स के तकनीकी अंतर और इंजीनियरिंग चयन तर्क का गहराई से विश्लेषण करता है।

1. संरचनात्मक डिजाइन और यांत्रिक गुणों की तुलना
विशेषताएँ V-प्रकार स्प्रिंग O-प्रकार स्प्रिंग (पेचदार स्प्रिंग)
क्रॉस-अनुभागीय आकार वी-आकार की धातु पट्टी निरंतर घुमावदार गोल तार सर्पिल घुमावदार
बल मोड रेडियल लोचदार समर्थन मुख्य अक्षीय संपीड़न + रेडियल विस्तार समग्र प्रभाव है
कठोरता गुणांक (एन/मिमी) उच्च (500~2000) मध्यम-निम्न (200~800)
विरूपण क्षतिपूर्ति क्षमता सीमित (वी-आकार के कोण परिवर्तन पर निर्भर करता है) उच्च (पेचदार संरचना कई दिशाओं में विकृत हो सकती है)
विनिर्माण प्रक्रिया मुद्रांकन + घुमावदार, उच्च परिशुद्धता आवश्यकताओं सीएनसी घुमावदार, परिपक्व प्रक्रिया
मुख्य अंतर:

वी-प्रकार स्प्रिंग: वी-आकार वाले अनुभाग के लोचदार झुकने के माध्यम से रेडियल समर्थन बल प्रदान करता है, उच्च कठोरता लेकिन छोटी विरूपण सीमा;

O-प्रकार स्प्रिंग: बहु-दिशात्मक अनुकूली क्षतिपूर्ति प्राप्त करने के लिए सर्पिल संरचना के संपीड़न और मरोड़ विरूपण का उपयोग करता है।

2. प्रदर्शन मापदंड और कार्य स्थितियों की अनुकूलता
1. सीलिंग दबाव अनुकूलनशीलता
वी-प्रकार स्प्रिंग:

लाभ: उच्च कठोरता डिजाइन अल्ट्रा उच्च दबाव सहन कर सकते हैं (स्थैतिक सील 1000MPa तक पहुँच सकते हैं);

परिदृश्य: परमाणु ऊर्जा मुख्य पंप सील, सुपरक्रिटिकल CO₂ टरबाइन वाल्व।

ओ-प्रकार स्प्रिंग:

लाभ: बड़े लोचदार विरूपण (संपीड़न दर 50% तक पहुंच सकती है), दबाव में उतार-चढ़ाव परिदृश्यों के लिए उपयुक्त;

परिदृश्य: हाइड्रोलिक सिलेंडर रेसिप्रोकेटिंग सील, एयरोस्पेस एक्ट्यूएटर।

2. तापमान और माध्यम अनुकूलता
वी-प्रकार स्प्रिंग:

सामग्री: इनकोनेल एक्स-750 या एल्गिलोय (कोबाल्ट-आधारित मिश्र धातु) का अधिकतर उपयोग किया जाता है, जिसका तापमान प्रतिरोध 650℃ है;

कमियां: जटिल क्रॉस-सेक्शन के कारण प्लेटिंग कठिन हो जाती है, तथा संक्षारण प्रतिरोध सब्सट्रेट पर निर्भर करता है।

ओ-प्रकार स्प्रिंग:

सामग्री: आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला 316L स्टेनलेस स्टील या हेस्टेलॉय सी-276, बेहतर संक्षारण प्रतिरोध के साथ;

कमियां: तनाव विश्राम उच्च तापमान (> 400 डिग्री सेल्सियस) पर होने की संभावना है।

3. गतिशील प्रतिक्रिया विशेषताएँ
वी-प्रकार स्प्रिंग:

उच्च आवृत्ति कंपन दमन: उच्च कठोरता प्रतिध्वनि के जोखिम को कम करती है, 200Hz से ऊपर के परिदृश्यों के लिए उपयुक्त;

घर्षण शक्ति की खपत: वी-आकार के किनारे सीलिंग होंठ के घिसाव को बढ़ा सकते हैं (सतह पर चांदी की परत चढ़ाना आवश्यक है)।

ओ-प्रकार स्प्रिंग:

विस्थापन क्षतिपूर्ति: सर्पिल संरचना ± 2 मिमी अक्षीय विक्षेपण को अवशोषित कर सकती है;

प्रारंभिक टॉर्क: कम लोचदार हिस्टैरिसीस, सटीक गति नियंत्रण के लिए उपयुक्त।

4. जीवन और विश्वसनीयता
वी-प्रकार स्प्रिंग:

थकान जीवन: 10⁷ चक्र (आर=0.1, लोड> 50% सीमा मूल्य);

विफलता मोड: वी-आकार की जड़ पर तनाव एकाग्रता फ्रैक्चर की ओर ले जाती है।

ओ-प्रकार स्प्रिंग:

थकान जीवन: 10⁸ चक्र (आर=0.5, लोड＜30% सीमा मूल्य);

विफलता मोड: सर्पिल अंतराल जामिंग या संक्षारण पिटिंग।

3. विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्यों की तुलना
उद्योग वी-प्रकार स्प्रिंग पैन-प्लग सील विशिष्ट अनुप्रयोग ओ-प्रकार स्प्रिंग पैन-प्लग सील विशिष्ट अनुप्रयोग
ऊर्जा अल्ट्रा-उच्च दबाव प्राकृतिक गैस वेलहेड वाल्व (105MPa) हाइड्रोपावर टरबाइन गाइड वेन सील (25MPa)
एयरोस्पेस रॉकेट इंजन तरल ऑक्सीजन वाल्व (-196℃) विमान लैंडिंग गियर हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर (150℃)
सेमीकंडक्टर प्लाज्मा नक़्क़ाशी मशीन वैक्यूम चैम्बर वेफर सफाई उपकरण रोटरी संयुक्त
मेडिकल आटोक्लेव सील (140 ℃ भाप) सर्जिकल रोबोट संयुक्त सील (कम घर्षण)
4. चयन निर्णय वृक्ष और लागत विश्लेषण
चयन तर्क:

वी-प्रकार स्प्रिंग का अधिमान्य चयन:

दबाव> 70 एमपीए;

संपर्क तनाव वितरण को सटीक रूप से नियंत्रित करने की आवश्यकता है;

उच्च आवृत्ति कंपन वातावरण (> 150Hz)।

O-प्रकार स्प्रिंग का अधिमान्य चयन:

दबाव में उतार-चढ़ाव ± 30% से अधिक है;

बहु-दिशात्मक यौगिक गति (घूर्णन + प्रत्यागामी);

प्रबल संक्षारक माध्यम (जैसे हाइड्रोफ्लोरिक एसिड)।

लागत तुलना:

वी-प्रकार स्प्रिंग:

सामग्री लागत: इनकोनेल सामग्री लगभग ￥8000/किग्रा है;

प्रसंस्करण लागत: परिशुद्धता मुद्रांकन + ताप उपचार एकल उत्पाद मूल्य का 40% हिस्सा है।

ओ-प्रकार स्प्रिंग:

सामग्री लागत: 316L स्टेनलेस स्टील लगभग ￥150/किलोग्राम है;

प्रसंस्करण लागत: सीएनसी वाइंडिंग का खर्च एकल उत्पाद मूल्य का 25% होता है।

रखरखाव अर्थव्यवस्था:

वी-प्रकार स्प्रिंग पैन-प्लग सील: उच्च जीवन चक्र लागत (प्रतिस्थापन के लिए समग्र वियोजन की आवश्यकता होती है), लेकिन कम विफलता दर;

ओ-प्रकार स्प्रिंग पैन-प्लग सील: ऑनलाइन स्प्रिंग प्रतिस्थापन का समर्थन करता है, रखरखाव लागत 30% कम है।

V. प्रौद्योगिकी विकास और नवाचार दिशा
वी-प्रकार स्प्रिंग अनुकूलन:

टोपोलॉजी अनुकूलन डिजाइन: परिमित तत्व विश्लेषण के माध्यम से वी-आकार वाले खंड को पुनः आकार दें, और तनाव एकाग्रता को 50% तक कम करें;

एडिटिव मैन्यूफैक्चरिंग: लेजर चयनात्मक गलन (एसएलएम) एक एकीकृत स्प्रिंग-सील लिप संरचना बनाता है।

ओ-प्रकार स्प्रिंग उन्नयन:

स्मार्ट सामग्री: आकार स्मृति मिश्र धातु (एसएमए) स्प्रिंग्स तापमान-अनुकूली प्रीलोड प्राप्त करते हैं;

मिश्रित कोटिंग: हीरा-जैसी कार्बन (डीएलसी) कोटिंग घर्षण गुणांक को 0.02 तक कम कर देती है।

संकर वसंत:

वीओ समग्र संरचना: बाहरी वी-प्रकार वसंत कठोर समर्थन प्रदान करता है, और आंतरिक ओ-प्रकार वसंत सूक्ष्म विरूपण के लिए क्षतिपूर्ति करता है;

अनुप्रयोग परिदृश्य: नाभिकीय संलयन उपकरण की प्रथम दीवार सीलिंग (विकिरण प्रतिरोध और तापीय चक्र को ध्यान में रखते हुए)।

निष्कर्ष
पैन-प्लग सील में वी-टाइप और ओ-टाइप स्प्रिंग्स का अनुप्रयोग अनिवार्य रूप से "कठोर समर्थन" और "लोचदार अनुकूलन" का एक तकनीकी मार्ग विकल्प है। वी-टाइप स्प्रिंग्स अपनी यांत्रिक सटीकता के लिए जाने जाते हैं और अल्ट्रा-हाई प्रेशर और हाई-फ़्रीक्वेंसी कंपन के चरम क्षेत्रों पर हावी होते हैं; ओ-टाइप स्प्रिंग्स अपनी बहु-दिशात्मक क्षतिपूर्ति क्षमताओं के साथ जटिल गति सील के लिए पहली पसंद हैं। भविष्य में, सामग्री कंप्यूटिंग और डिजिटल ट्विन तकनीक के विकास के साथ, स्प्रिंग डिज़ाइन पारंपरिक रूपों को तोड़ देगा और पैन-प्लग सील के विकास को "धारणा-प्रतिक्रिया" एकीकृत बुद्धिमान सील में बढ़ावा देगा।