בתחום התעשייתי, אלמנטים של איטום הם רכיבים קריטיים למניעת דליפת נוזלים (כגון נפט, מים, כימיקלים או גז). מבין מגוון האטמים, ישנה קטגוריה של טבעות איטום בעלות ביצועים גבוהים, אשר ליבתן מכילה "לב כוח" - קפיץ. הוא מבטיח שהאטם ישמור על ביצועי איטום יציבים לטווח ארוך גם בתנאי הפעלה קשים. מאמר זה מתעמק בסוגי הקפיצים העיקריים המשמשים בטבעות איטום ובתפקידיהם הייחודיים.
א. מדוע יש צורך בקפיץ? – תפקידו העיקרי של הקפיץ
ביישומי איטום דינמיים (למשל, צירים מסתובבים, מוטות בוכנה הדדיים), שפת האיטום יכולה לאבד בהדרגה מגע הדוק עם משטח ההידוק עקב שחיקה, התפשטות/התכווצות החומר כתוצאה משינויי טמפרטורה וחוסר יישור של הציר, מה שמוביל לדליפה. תפקידו העיקרי של הקפיץ המובנה הוא...לספק כוח פיצוי רדיאלי רציף ויציבאל:
- פיצוי על שחיקה: תופס אוטומטית את המרווח שנוצר כתוצאה מבלאי ארוך טווח.
- התאם לסובלנותפיצוי על סבילות ממדיות וגיאומטריות של הציר או המארז.
- להתמודד עם התפשטות/התכווצות תרמיתשמור על לחץ מגע איטום מספיק במהלך תנודות טמפרטורה משמעותיות.
- ודא איטום קבועלהבטיח שכוח האיטום לא יפחת באופן משמעותי לאורך חיי השירות.
אטמים עם קפיצים כאלה נקראים בדרך כללאטמים המופעלים על ידי קפיץ, הדוגמה הנפוצה ביותר היא אטם קפיץ.
II. סוגי קפיצים עיקריים, מאפייניהם ויישומיהם
סוג הקפיץ קובע ישירות את הביצועים והיישום של טבעת האיטום. להלן מספר סוגי קפיצים נפוצים:
1. קפיץ V (V-Spring)
- מִבְנֶהעשוי מרצועת פלדת אל-חלד מוטבעת בדיוק רב, היוצרת מבנה רציף בצורת V; חתך הרוחב דומה לסדרה של סימני "V".
- פונקציה ויתרונות:
- כוח רדיאלי אחידמספק עומס רדיאלי חלק ואחיד מאוד, המוביל לבלאי שפתיים אחיד ואיטום יציב.
- חיכוך נמוךחיכוך נמוך יחסית במהלך תנועה עקב שטח מגע קטן עם הדופן הפנימית של האטם.
- התנגדות לקינקמבנה הסרט הרציף הופך אותו לעמיד בפני פיתול או כיפוף במהלך ההתקנה, מתאים במיוחד לקטרים גדולים.
- יישומים אופיינייםהסוג הרב-תכליתי והנפוץ ביותר, מתאים לרוב היישומים הסיבוביים, הדדיים והסטטיים; הבחירה הראשונה עבור אטמים סטנדרטיים רבים המופעלים על ידי קפיצים.
2. קפיץ סליל סלילי (קפיץ סליל סלילי)
- מִבְנֶהעשוי מחוט בעל חתך רוחב עגול או מלבני מלופף לסליל סלילי רציף.
- פונקציה ויתרונות:
- כוח קפיץ גבוהמספק כוח קפיץ גבוה יותר ליחידת שטח בהשוואה לקפיצי V, וכתוצאה מכך לחץ איטום חזק יותר.
- עמידות מעולה לדחיסהבמיוחד סלילים העשויים מחוט מלבני (קפיצי סליל משופע) מצטיינים בעמידות בפני דחיסה צירית ועומסים צדדיים, והם פחות נוטים לקריסה תחת לחץ גבוה.
- עמידות בטמפרטורה נמוכהקצב נמוך יותר של דעיכת כוח הקפיץ בטמפרטורות נמוכות מאוד בהשוואה לקפיצי V.
- יישומים אופייניים:
- תנאי לחץ גבוהמשמש לעתים קרובות לאיטום סטטי ודינמי תחת לחץ גבוה קיצוני.
- תנאי טמפרטורה נמוכהכגון מדיה קריוגנית כמו גז טבעי נוזלי (LNG), חנקן נוזלי, חמצן נוזלי.
- בקשות לפינוי גדולטוב יותר בפיצוי על מרווחים רדיאליים גדולים יותר ואקסצנטריות.
3. קפיץ U (קפיץ U)
- מִבְנֶהדומה במבנהו לקפיץ V, אך חתך הרוחב הוא בצורת "U".
- פונקציה ויתרונות:
- כוח קפיץ בינונימאפייני כוח הקפיץ שלו נמצאים בין אלו של קפיצי V לקפיצי סליל סליליים.
- חסכוניעלות ייצור נמוכה יותר באופן כללי.
- יישומים אופיינייםנמצא ביישומים רגישים לעלות, בלחץ נמוך עד בינוני, שבהם התנאים אינם קיצוניים; פחות נפוץ מקפיצי V וסליל.
4. קפיץ גלים (קפיץ גלים)
- מִבְנֶהטבעת מתכת שטוחה עם מספר פסגות ועמקים רציפים.
- פונקציה ויתרונות:
- חלל קומפקטידורש שטח התקנה צירי מינימלי, אידיאלי עבור עיצובים קומפקטיים בעלי דופן דקה.
- כוח מבוקרמסוגל לספק כוח טעינה מקדימה שתוכנן במדויק.
- יישומים אופיינייםמשמש בעיקר עבוראיטום סטטי, הפועל כאלמנט פיצוי עומס מקדים עבור טבעות O או אטמים אלסטומריים אחרים, לא לפיצוי שפתיים באטמים דינמיים.
ג. כיצד לבחור את סוג הקפיץ הנכון?
בחירת סוג הקפיץ דורשת שיקול דעת מקיף של הגורמים הבאים:
- לחץ הפעלהקפיץ סלילי עדיף ללחץ גבוה; קפיץ V הוא בחירה טובה ללחץ נמוך/בינוני.
- סוג תנועהקפיצי V המספקים כוח אחיד מקבלים עדיפות לאיטום סיבובי; שניהם יכולים לשמש לתנועה הדדית.
- טווח טמפרטורותקפיצים סליליים (במיוחד חוטים מלבניים) אמינים יותר בטמפרטורות נמוכות מאוד.
- תאימות מדיהחומר הקפיץ (בדרך כלל פלדת אל-חלד 304 או 316) חייב להיות תואם למדיום; סביבות קורוזיביות ביותר עשויות לדרוש חומרים מיוחדים כמו Hastelloy.
- אילוצי שטחניתן לשקול שימוש בקפיצי גל לאיטום סטטי כאשר המרחב הצירי מוגבל.
- תקציב עלותקפיצי V מציעים ביצועים גבוהים; קפיצי סליל מציעים ביצועים מצוינים אך במחיר גבוה יחסית.
מַסְקָנָה
למרות היותו קטן, הקפיץ הוא נשמתו של האטם המופעל על ידי קפיץ. החל מקפיץ V המספק לחץ אחיד ועד לקפיץ הסלילי המעניק עמידות גבוהה במיוחד ללחץ, כל סוג נולד כדי לפתור אתגרים הנדסיים ספציפיים. הבנת הפונקציות הייחודיות שלהם והתרחישים הרלוונטיים היא צעד מפתח בבחירת פתרון האיטום המתאים והאמין ביותר לציוד, ובכך לשפר ביעילות את האמינות, היעילות, חיי השירות ולמנוע סיכוני דליפה.
זמן פרסום: 22 בספטמבר 2025