De kernkrachtbron in afdichtringen: een analyse van veertypen en hun functies

In de industriële sector zijn afdichtingselementen cruciale componenten om lekkage van vloeistoffen (zoals olie, water, chemicaliën of gas) te voorkomen. Binnen de verscheidenheid aan afdichtingen is er een categorie hoogwaardige afdichtringen waarvan de kern een "krachthart" bevat: een veer. Deze zorgt ervoor dat de afdichting langdurig stabiele afdichtingsprestaties behoudt, zelfs onder zware bedrijfsomstandigheden. Dit artikel gaat dieper in op de belangrijkste soorten veren die in afdichtringen worden gebruikt en hun unieke functies.

​I. Waarom is een veer nodig? – De kernfunctie van de veer​

Bij dynamische afdichtingstoepassingen (bijv. roterende assen, heen en weer gaande zuigerstangen) kan de afdichtingslip geleidelijk het contact met het contactoppervlak verliezen door slijtage, uitzetting/krimp van het materiaal door temperatuurschommelingen en een verkeerde uitlijning van de as, wat kan leiden tot lekkage. De kernfunctie van de ingebouwde veer is omzorgen voor een continue en stabiele radiale compensatiekracht​ naar:

1. ​Compenseren voor slijtage: Vangt automatisch de speling op die ontstaat door langdurige slijtage.
2. ​Accepteer toleranties: Compenseren voor maat- en geometrische toleranties van de as of behuizing.
3. ​Omgaan met thermische uitzetting/krimp: Zorg voor voldoende afdichtingscontactdruk bij grote temperatuurschommelingen.
4. ​Zorg voor een constante afdichting: Garanderen dat de afdichtingskracht gedurende de levensduur niet significant afneemt.

Afdichtingen met dergelijke veren worden doorgaans ​ genoemdveerbekrachtigde afdichtingenHet meest voorkomende voorbeeld is de Spring-Energized Seal.

​II. Belangrijkste veertypen en hun kenmerken en toepassingen​

Het type veer bepaalt direct de prestaties en toepassing van de afdichtring. Hieronder vindt u enkele gangbare veertypen:

​1. V-veer (V-veer)​​

• ​Structuur: Gemaakt van nauwkeurig gestanste roestvrijstalen strip, die een doorlopende V-vormige structuur vormt; de doorsnede lijkt op een reeks "V's".
• ​Functie en voordelen:
  • ​Uniforme radiale kracht: Zorgt voor een zeer soepele, gelijkmatige radiale belasting, wat leidt tot een gelijkmatige slijtage van de lippen en een stabiele afdichting.
  • ​Lage wrijving:Relatief lage wrijving tijdens beweging vanwege het kleine contactoppervlak met de binnenwand van de afdichting.
  • ​Knikbestendigheid:De doorlopende lintstructuur zorgt ervoor dat het materiaal bestand is tegen draaien en knikken tijdens de installatie. Het is daarom vooral geschikt voor grote diameters.
• ​Typische toepassingen: Het meest veelzijdige en gangbare type, geschikt voor de meeste roterende, heen-en-weergaande en statische toepassingen; de eerste keuze voor veel standaard veergeactiveerde afdichtingen.

​2. Spiraalveer (spiraalveer)​

• ​Structuur: Gemaakt van draad met een ronde of rechthoekige doorsnede, gewikkeld in een doorlopende spiraalvorm.
• ​Functie en voordelen:
  • ​Hoge veerkracht: Zorgt voor een hogere veerkracht per eenheidsoppervlak dan V-veren, wat resulteert in een sterkere afdichtingsdruk.
  • ​Uitstekende compressieweerstand:Vooral spiralen van rechthoekig draad (Canted Coil Spring) zijn beter bestand tegen axiale druk en zijdelingse belasting en hebben minder de neiging om te bezwijken onder hoge druk.
  • ​Lage temperatuurbestendigheid: Lagere snelheid van veerkrachtverval bij zeer lage temperaturen vergeleken met V-veren.
• ​Typische toepassingen:
  • ​Hoge druk omstandigheden: Wordt vaak gebruikt voor statische en dynamische afdichting onder extreem hoge druk.
  • ​Lage temperatuuromstandigheden: Zoals cryogene media zoals vloeibaar aardgas (LNG), vloeibare stikstof, vloeibare zuurstof.
  • ​Toepassingen met grote speling: Beter in het compenseren van grotere radiale spelingen en excentriciteit.

​3. U-Spring (U-Spring)​​

• ​Structuur: Qua structuur vergelijkbaar met de V-veer, maar de doorsnede is “U”-vormig.
• ​Functie en voordelen:
  • ​Gemiddelde veerkracht:De veerkrachtkarakteristieken ervan liggen tussen die van V-veren en spiraalveren in.
  • ​Kosteneffectief: Over het algemeen lagere productiekosten.
• ​Typische toepassingen: Wordt gebruikt in sommige kostengevoelige toepassingen met lage tot gemiddelde druk, waarbij de omstandigheden niet extreem zijn. Minder gebruikelijk dan V- en spiraalveren.

​4. Golfveer (golfveer)​

• ​Structuur: Een platte metalen ring met meerdere doorlopende pieken en dalen.
• ​Functie en voordelen:
  • ​Compacte ruimte: Vereist minimale axiale installatieruimte, ideaal voor compacte ontwerpen met dunne wanden.
  • ​Gecontroleerde kracht: Kan een nauwkeurig ontworpen voorspankracht leveren.
• ​Typische toepassingen: Wordt voornamelijk gebruikt voor ​statische afdichting, fungerend als voorspanningscompensatie-element voor O-ringen of andere elastische pakkingen, niet voor lipcompensatie in dynamische afdichtingen.

​III. Hoe kiest u het juiste veertype?​

Bij de keuze van het type veer moet u rekening houden met de volgende factoren:

• ​Bedrijfsdruk: Bij hoge druk wordt de voorkeur gegeven aan een spiraalveer; bij lage/middelhoge druk is een V-veer een goede keuze.
• ​Bewegingstype:V-veren die voor een gelijkmatige kracht zorgen, krijgen voorrang bij roterende afdichtingen; beide kunnen worden gebruikt voor heen-en-weergaande bewegingen.
• ​Temperatuurbereik:Spiraalveren (vooral rechthoekige draadveren) zijn betrouwbaarder bij zeer lage temperaturen.
• ​Mediacompatibiliteit:Het materiaal van de veer (meestal roestvrij staal 304 of 316) moet compatibel zijn met het medium; voor zeer corrosieve omgevingen kunnen speciale materialen nodig zijn, zoals Hastelloy.
• ​Ruimtebeperkingen: Golfveren kunnen worden overwogen voor statische afdichting wanneer de axiale ruimte beperkt is.
• ​Kostenbegroting:V-veren bieden een hoge prijs-kwaliteitverhouding; spiraalveren bieden uitstekende prestaties, maar zijn relatief duurder.

​Conclusie​

Hoewel klein, is de veer de ziel van een veerbekrachtigde afdichting. Van de V-veer die zorgt voor een gelijkmatige druk tot de spiraalveer die ultrahoge drukweerstand biedt, elk type is ontworpen om specifieke technische uitdagingen op te lossen. Inzicht in hun unieke functies en toepassingsscenario's is een belangrijke stap bij het selecteren van de meest geschikte en betrouwbare afdichtingsoplossing voor apparatuur, waardoor de betrouwbaarheid, efficiëntie en levensduur effectief worden verbeterd en lekkagerisico's worden geëlimineerd.