In hogedruk- en hogetemperatuurkleppen, vliegtuigbrandstofsystemen en ultra-schone halfgeleiderapparatuur is de veerbekrachtigde afdichting een referentieoplossing geworden op het gebied van dynamische afdichting dankzij de synergie tussen de veer en de afdichtingslip. De keuze van het kernveertype (V-type en O-type) heeft een directe invloed op de afdichtingsprestaties en levensduur. Dit artikel analyseert de technische verschillen en de technische selectielogica van de twee veren grondig, rekening houdend met de afmetingen van de constructiemechanica, de aanpassing aan de werkomstandigheden en de faalmodus.
1. Vergelijking van structureel ontwerp en mechanische eigenschappen
Kenmerken V-type veer O-type veer (spiraalveer)
Doorsnedevorm V-vormige metalen strip doorlopende wikkeling Ronde draad spiraalwikkeling
Krachtmodus Radiale elastische ondersteuning is het belangrijkste axiale compressie + radiale expansie composiet effect
Stijfheidscoëfficiënt (N/mm) Hoog (500~2000) Gemiddeld-laag (200~800)
Compensatievermogen voor vervorming Beperkt (afhankelijk van verandering van V-vormige hoek) Hoog (spiraalvormige structuur kan in meerdere richtingen vervormen)
Productieproces Stansen + wikkelen, hoge precisie-eisen CNC-wikkelen, volwassen proces
Belangrijkste verschillen:
V-type veer: Zorgt voor radiale ondersteuningskracht door elastische buiging van het V-vormige gedeelte, hoge stijfheid maar klein vervormingsbereik;
O-type veer: Maakt gebruik van compressie en torsievervorming van de spiraalstructuur om multidirectionele adaptieve compensatie te bereiken.
2. Prestatieparameters en aanpasbaarheid van de werkomstandigheden
1. Aanpasbaarheid van de afdichtingsdruk
V-type veer:
Voordelen: Het ontwerp met hoge stijfheid kan een extreem hoge druk weerstaan (statische afdichting kan 1000 MPa bereiken);
Scenario: Hoofdpompafdichting van kerncentrale, superkritische CO₂-turbineklep.
O-type veer:
Voordelen: Grote elastische vervorming (compressieverhouding kan 50% bereiken), geschikt voor scenario's met drukschommelingen;
Scenario: Hydraulische cilinder met heen-en-weergaande afdichting, luchtvaartactuator.
2. Temperatuur- en mediumcompatibiliteit
V-type veer:
Materiaal: Meestal wordt Inconel X-750 of Elgiloy (een legering op kobaltbasis) gebruikt, met een temperatuurbestendigheid van 650℃;
Nadelen: De complexe doorsnede maakt het aanbrengen van de platen lastig en de corrosiebestendigheid is afhankelijk van het substraat.
O-type veer:
Materiaal: Veelgebruikt roestvrij staal 316L of Hastelloy C-276, met betere corrosiebestendigheid;
Nadelen: Spanningsrelaxatie treedt vaak op bij hoge temperaturen (>400℃).
3. Dynamische responskarakteristieken
V-type veer:
Onderdrukking van trillingen bij hoge frequenties: hoge stijfheid vermindert het risico op resonantie, geschikt voor scenario's boven 200 Hz;
Wrijvingsenergieverbruik: V-vormige randen kunnen de slijtage van de afdichtingslip verergeren (oppervlakteverzilvering is vereist).
O-type veer:
Verplaatsingscompensatie: de spiraalstructuur kan ±2 mm axiale afbuiging absorberen;
Startkoppel: lage elastische hysterese, geschikt voor nauwkeurige bewegingsregeling.
4. Levensduur en betrouwbaarheid
V-type veer:
Vermoeidheidslevensduur: 10⁷ cycli (R=0,1, belasting＞50% grenswaarde);
Faalmodus: spanningsconcentratie aan de wortel van de V-vorm leidt tot breuk.
O-type veer:
Vermoeiingslevensduur: 10⁸ cycli (R=0,5, belasting＜30% grenswaarde);
Foutmodus: vastlopen van de spiraalvormige spleet of corrosieputvorming.
3. Vergelijking van typische toepassingsscenario's
Typische toepassing van de industriële V-type veerpan-plug afdichting Typische toepassing van de O-type veerpan-plug afdichting
Energie Ultrahoge druk aardgasputkopklep (105 MPa) Waterkrachtturbine geleideschoepenafdichting (25 MPa)
Vloeibare zuurstofklep van een raketmotor in de lucht- en ruimtevaart (-196℃) Hydraulische actuator van een landingsgestel van een vliegtuig (150℃)
Halfgeleider Plasma-etsmachine vacuümkamer Waferreinigingsapparatuur roterende verbinding
Medische autoclaafafdichting (stoom van 140℃) Chirurgische robotverbindingsafdichting (lage wrijving)
4. Selectiebeslissingsboom en kostenanalyse
Selectielogica:
Voorkeursselectie van V-type veer:
Druk＞70MPa;
De contactspanningsverdeling moet nauwkeurig worden gecontroleerd;
Omgeving met hoge frequentietrillingen (＞150 Hz).
Voorkeursselectie van O-type veer:
De drukschommeling bedraagt meer dan ±30%;
Multidirectionele samengestelde beweging (rotatie + heen en weer gaande beweging);
Sterk corrosieve media (zoals waterstoffluoride).
Kostenvergelijking:
V-type veer:
Materiaalkosten: Inconel-materiaal kost ongeveer ¥8000/kg;
Verwerkingskosten: Precisiestansen + warmtebehandeling bedragen 40% van de prijs van het afzonderlijke product.
O-type veer:
Materiaalkosten: roestvrij staal 316L kost ongeveer ¥150/kg;
Verwerkingskosten: CNC-wikkelen bedraagt 25% van de prijs van een enkel product.
Onderhoudseconomie:
V-type veerpan-plugafdichting: hoge levenscycluskosten (vervanging vereist volledige demontage), maar laag uitvalpercentage;
O-type veerpan-plugafdichting: ondersteunt online vervanging van veren, onderhoudskosten zijn 30% lager.
V. Technologische evolutie en innovatierichting
Optimalisatie van V-type veer:
Topologie-optimalisatieontwerp: hervorm het V-vormige gedeelte door middel van eindige-elementenanalyse en verlaag de spanningsconcentratie met 50%;
Additieve productie: laserselectief smelten (SLM) vormt een geïntegreerde veerafdichtingslipstructuur.
Upgrade van O-type veer:
Slimme materialen: veren van vormgeheugenlegering (SMA) zorgen voor temperatuuradaptieve voorspanning;
Composietcoating: Diamantachtige koolstof (DLC)-coating verlaagt de wrijvingscoëfficiënt tot 0,02.
Hybride veer:
VO-composietstructuur: de buitenste V-type veer biedt stevige ondersteuning en de binnenste O-type veer compenseert microscopische vervorming;
Toepassingsscenario: Eerste afdichting van de wand van een kernfusie-apparaat (rekening houdend met stralingsweerstand en thermische cyclus).
Conclusie
De toepassing van V-type en O-type veren in pan-plug afdichtingen is in wezen een technische keuze tussen "stijve ondersteuning" en "elastische aanpassing". V-type veren staan bekend om hun mechanische precisie en domineren de extreme gebieden van ultrahoge druk en hoogfrequente trillingen; O-type veren zijn de eerste keuze voor complexe bewegingsafdichtingen met hun multidirectionele compensatiemogelijkheden. In de toekomst, met de ontwikkeling van materiaalcomputertechnologie en digitale twintechnologie, zal het veerontwerp traditionele vormen doorbreken en de evolutie van pan-plug afdichtingen naar geïntegreerde intelligente afdichtingen met "perceptie-respons" bevorderen.
Plaatsingstijd: 06-03-2025