Pada katup suhu tinggi dan tekanan tinggi, sistem bahan bakar penerbangan, dan peralatan semikonduktor ultra-bersih, Segel Bertenaga Pegas telah menjadi solusi acuan dalam bidang penyegelan dinamis karena sinergi antara pegas dan bibir penyegel. Pilihan jenis pegas intinya (tipe V dan tipe O) secara langsung memengaruhi kinerja dan masa pakai penyegelan. Artikel ini menganalisis secara mendalam perbedaan teknis dan logika pemilihan rekayasa kedua pegas dari dimensi mekanika struktural, adaptasi kondisi kerja, dan mode kegagalan.
1. Perbandingan desain struktur dan sifat mekanik
Karakteristik Pegas tipe V Pegas tipe O (pegas heliks)
Bentuk penampang melintang Strip logam berbentuk V Gulungan spiral kawat bundar terus menerus
Mode gaya Dukungan elastis radial adalah efek komposit kompresi aksial + ekspansi radial utama
Koefisien kekakuan (N/mm) Tinggi (500~2000) Sedang-rendah (200~800)
Kemampuan kompensasi deformasi Terbatas (tergantung pada perubahan sudut berbentuk V) Tinggi (struktur heliks dapat berubah bentuk ke berbagai arah)
Proses manufaktur Stamping + winding, persyaratan presisi tinggi CNC winding, proses matang
Perbedaan inti:
Pegas tipe V: Memberikan gaya tumpuan radial melalui pembengkokan elastis pada bagian berbentuk V, kekakuan tinggi tetapi rentang deformasi kecil;
Pegas tipe O: Menggunakan kompresi dan deformasi torsional pada struktur spiral untuk mencapai kompensasi adaptif multi-arah.
2. Parameter kinerja dan kemampuan beradaptasi kondisi kerja
1. Kemampuan beradaptasi tekanan penyegelan
Pegas tipe V:
Keunggulan: Desain kekakuan tinggi dapat menahan tekanan sangat tinggi (segel statis dapat mencapai 1000MPa);
Skenario: Segel pompa utama tenaga nuklir, katup turbin CO₂ superkritis.
Pegas tipe O:
Keuntungan: Deformasi elastis besar (laju kompresi dapat mencapai 50%), cocok untuk skenario fluktuasi tekanan;
Skenario: Segel bolak-balik silinder hidrolik, aktuator kedirgantaraan.
2. Kompatibilitas suhu dan media
Pegas tipe V:
Bahan: Inconel X-750 atau Elgiloy (paduan berbasis kobalt) yang paling banyak digunakan, dengan ketahanan suhu 650℃;
Kekurangan: Penampang yang rumit membuat pelapisan menjadi sulit, dan ketahanan terhadap korosi bergantung pada substrat.
Pegas tipe O:
Bahan: Baja tahan karat 316L yang umum digunakan atau Hastelloy C-276, dengan ketahanan korosi yang lebih baik;
Kekurangan: Relaksasi stres cenderung terjadi pada suhu tinggi (＞400℃).
3. Karakteristik respons dinamis
Pegas tipe V:
Penekanan getaran frekuensi tinggi: kekakuan tinggi mengurangi risiko resonansi, cocok untuk skenario di atas 200Hz;
Konsumsi daya gesekan: Tepi berbentuk V dapat memperparah keausan bibir penyegel (diperlukan pelapisan perak permukaan).
Pegas tipe O:
Kompensasi perpindahan: struktur spiral dapat menyerap defleksi aksial ±2mm;
Torsi awal: histeresis elastis rendah, cocok untuk kontrol gerak presisi.
4. Kehidupan dan keandalan
Pegas tipe V:
Umur kelelahan: 10⁷ siklus (R=0,1, beban＞50% nilai batas);
Mode kegagalan: konsentrasi tegangan pada akar bentuk V menyebabkan fraktur.
Pegas tipe O:
Umur kelelahan: 10⁸ siklus (R=0,5, beban＜nilai batas 30%);
Mode kegagalan: macetnya celah spiral atau korosi.
3. Perbandingan skenario aplikasi yang umum
Aplikasi umum segel panci pegas tipe V Industri Aplikasi umum segel panci pegas tipe O
Katup kepala sumur gas alam bertekanan sangat tinggi (105MPa) Segel baling-baling pemandu turbin tenaga air (25MPa)
Katup oksigen cair mesin roket kedirgantaraan (-196℃) Aktuator hidrolik roda pendaratan pesawat (150℃)
Mesin etsa plasma semikonduktor ruang vakum Peralatan pembersih wafer sambungan putar
Segel Autoklaf Medis (uap 140℃) Segel sendi robot bedah (gesekan rendah)
4. Pohon keputusan pemilihan dan analisis biaya
Logika pemilihan:
Pemilihan pegas tipe V secara preferensial:
Tekanan＞70MPa;
Distribusi tegangan kontak perlu dikontrol secara tepat;
Lingkungan getaran frekuensi tinggi (＞150Hz).
Pemilihan pegas tipe O yang istimewa:
Fluktuasi tekanan lebih dari ±30%;
Gerak majemuk multi arah (rotasi + bolak-balik);
Media yang sangat korosif (seperti asam fluorida).
Perbandingan biaya:
Pegas tipe V:
Biaya material: Material Inconel sekitar ￥8000/kg;
Biaya pemrosesan: Pelapisan presisi + perlakuan panas menyumbang 40% dari harga produk tunggal.
Pegas tipe O:
Biaya material: baja tahan karat 316L sekitar ￥150/kg;
Biaya pemrosesan: Pemutaran CNC mencakup 25% dari harga produk tunggal.
Ekonomi pemeliharaan:
Segel panci-sumbat pegas tipe V: biaya siklus hidup tinggi (penggantian memerlukan pembongkaran keseluruhan), tetapi tingkat kegagalan rendah;
Segel panci-sumbat pegas tipe-O: mendukung penggantian pegas secara daring, biaya perawatan 30% lebih rendah.
V. Evolusi teknologi dan arah inovasi
Optimasi pegas tipe V:
Desain optimasi topologi: membentuk ulang bagian berbentuk V melalui analisis elemen hingga, dan mengurangi konsentrasi tegangan hingga 50%;
Manufaktur aditif: peleburan selektif laser (SLM) membentuk struktur bibir segel pegas yang terintegrasi.
Peningkatan pegas tipe O:
Material pintar: Pegas paduan memori bentuk (SMA) mencapai beban awal yang adaptif terhadap suhu;
Pelapisan komposit: Pelapisan karbon seperti berlian (DLC) mengurangi koefisien gesekan menjadi 0,02.
Pegas hibrida:
Struktur komposit VO: Pegas tipe-V luar memberikan dukungan yang kaku, dan pegas tipe-O dalam mengimbangi deformasi mikroskopis;
Skenario aplikasi: Penyegelan dinding pertama perangkat fusi nuklir (dengan mempertimbangkan ketahanan radiasi dan siklus termal).
Kesimpulan
Penerapan pegas tipe V dan tipe O pada segel pan-plug pada dasarnya merupakan pilihan jalur teknis dari "dukungan kaku" dan "adaptasi elastis". Pegas tipe V dikenal karena presisi mekanisnya dan mendominasi medan ekstrem tekanan sangat tinggi dan getaran frekuensi tinggi; pegas tipe O adalah pilihan pertama untuk segel gerakan kompleks dengan kemampuan kompensasi multiarahnya. Di masa mendatang, dengan pengembangan komputasi material dan teknologi digital twin, desain pegas akan menembus bentuk tradisional dan mendorong evolusi segel pan-plug menjadi segel cerdas terintegrasi "persepsi-respons".
Waktu posting: 06-Mar-2025