Sursa principală de alimentare în inelele de etanșare: o analiză a tipurilor de arcuri și a funcțiilor acestora

În domeniul industrial, elementele de etanșare sunt componente esențiale pentru prevenirea scurgerilor de fluide (cum ar fi ulei, apă, substanțe chimice sau gaz). Printre varietatea de etanșări, există o categorie de inele de etanșare de înaltă performanță, al căror miez conține o „inimă puternică” - un arc. Aceasta asigură menținerea unei performanțe de etanșare stabile și pe termen lung, chiar și în condiții dure de funcționare. Acest articol analizează principalele tipuri de arcuri utilizate în inelele de etanșare și rolurile lor unice.

​I. De ce este nevoie de un arc? – Funcția principală a arcului​

În aplicațiile de etanșare dinamică (de exemplu, arbori rotativi, tije de piston cu mișcare alternativă), buza de etanșare poate pierde treptat contactul strâns cu suprafața de contact din cauza uzurii, a dilatării/contracției materialului din cauza schimbărilor de temperatură și a nealinierii arborelui, ducând la scurgeri. Funcția principală a arcului încorporat este de aasigură o forță de compensare radială continuă și stabilăcătre:

1. ​Compensați uzuraPreia automat spațiul liber generat de uzura pe termen lung.
2. ​Acomodarea toleranțelorCompensați toleranțele dimensionale și geometrice ale arborelui sau carcasei.
3. ​Gestionarea expansiunii/contracției termiceMențineți o presiune de contact de etanșare suficientă în timpul fluctuațiilor semnificative de temperatură.
4. ​Asigurați o etanșare constantăGarantează că forța de etanșare nu scade semnificativ pe parcursul duratei de viață.

Garniturile cu astfel de arcuri sunt de obicei numiteetanșări acționate de arc, cel mai comun exemplu fiind etanșarea energizată cu arc.

​II. Principalele tipuri de arcuri și caracteristicile și aplicațiile acestora​

Tipul de arc determină direct performanța și aplicația inelului de etanșare. Mai jos sunt câteva tipuri principale de arcuri:

​1. Arc în V (Arc în V)​

• ​StructuraFabricată din bandă de oțel inoxidabil ștanțată cu precizie, formând o structură continuă în formă de V; secțiunea transversală seamănă cu o serie de litere „V”.
• ​Funcție și avantaje:
  • ​Forță radială uniformăOferă o sarcină radială foarte lină și uniformă, ducând la o uzură uniformă a buzelor și o etanșare stabilă.
  • ​Frecare redusăFrecare relativ redusă în timpul mișcării datorită suprafeței mici de contact cu peretele interior al etanșării.
  • ​Rezistență la îndoireStructura continuă a panglicii o face rezistentă la răsucire sau îndoire în timpul instalării, fiind potrivită în special pentru diametre mari.
• ​Aplicații tipiceCel mai versatil și comun tip, potrivit pentru majoritatea aplicațiilor rotative, alternative și statice; prima alegere pentru multe etanșări standard acționate de arc.

​2. Arc elicoidal (Arc elicoidal)​

• ​StructuraFabricat din sârmă cu secțiune transversală rotundă sau dreptunghiulară, înfășurată într-o bobină elicoidală continuă.
• ​Funcție și avantaje:
  • ​Forță mare a arculuiOferă o forță a arcului pe unitatea de suprafață mai mare decât arcurile în V, rezultând o presiune de etanșare mai puternică.
  • ​Rezistență excelentă la compresiuneÎn special bobinele fabricate din sârmă dreptunghiulară (arc elicoidal înclinat) se rezistă excelent la compresiune axială și sarcini laterale și sunt mai puțin predispuse la prăbușire sub presiune ridicată.
  • ​Rezistență la temperaturi scăzuteRată mai mică de descreștere a forței arcului la temperaturi foarte scăzute în comparație cu arcurile în V.
• ​Aplicații tipice:
  • ​Condiții de înaltă presiuneAdesea utilizat pentru etanșări statice și dinamice sub presiuni extrem de ridicate.
  • ​Condiții de temperatură scăzutăCum ar fi medii criogenice precum GNL, azot lichid, oxigen lichid.
  • ​Aplicații pentru spații mari de gardăCompensează mai bine jocurile radiale mai mari și excentricitatea.

​3. Arc în U (U-Spring)​

• ​StructuraSimilară ca structură cu arcul în V, dar secțiunea transversală este în formă de „U”.
• ​Funcție și avantaje:
  • ​Forță medie a arculuiCaracteristicile forței sale elastice se situează între cele ale arcurilor în V și cele ale arcurilor elicoidale.
  • ​Eficient din punct de vedere al costurilorCosturi de fabricație în general mai mici.
• ​Aplicații tipiceSe găsește în unele aplicații sensibile la costuri, la presiune joasă până la medie, unde condițiile nu sunt extreme; mai puțin frecvent decât arcurile în V și elicoidale.

​4. Arc ondulat (Arc ondulat)​

• ​StructuraUn inel metalic plat cu multiple vârfuri și văi continue.
• ​Funcție și avantaje:
  • ​Spațiu compactNecesită spațiu minim de instalare axială, ideal pentru modele compacte cu pereți subțiri.
  • ​Forță controlatăCapabil să ofere o forță de preîncărcare proiectată cu precizie.
• ​Aplicații tipiceFolosit în principal pentruetanșare statică, acționând ca element de compensare a preîncărcării pentru inelele O sau alte garnituri elastomerice, nu pentru compensarea buzei în etanșările dinamice.

​III. Cum să alegi tipul de arc potrivit?​

Alegerea tipului de arc necesită o analiză amănunțită a următorilor factori:

• ​Presiune de funcționareArcul elicoidal este preferat pentru presiune ridicată; arcul în V este o alegere bună pentru presiune joasă/medie.
• ​Tip de mișcareArcurile în V care asigură o forță uniformă sunt prioritare pentru etanșarea rotativă; ambele pot fi utilizate pentru mișcare alternativă.
• ​Interval de temperaturăArcurile elicoidale (în special cele din sârmă dreptunghiulară) sunt mai fiabile la temperaturi foarte scăzute.
• ​Compatibilitate mediaMaterialul arcului (de obicei oțel inoxidabil 304 sau 316) trebuie să fie compatibil cu mediul; mediile extrem de corozive pot necesita materiale speciale precum Hastelloy.
• ​Constrângeri spațialeArcurile ondulate pot fi luate în considerare pentru etanșarea statică atunci când spațiul axial este limitat.
• ​Buget de costuriArcurile în V oferă performanțe ridicate la cost; arcurile elicoidale oferă performanțe excelente, dar la un cost relativ mai mare.

​Concluzie​

Deși mic, arcul este sufletul unei etanșări acționate de arc. De la arcul în V care oferă o presiune uniformă, până la arcul elicoidal care oferă o rezistență ultra-înaltă la presiune, fiecare tip este conceput pentru a rezolva provocări inginerești specifice. Înțelegerea funcțiilor lor unice și a scenariilor aplicabile este un pas cheie în selectarea celei mai potrivite și fiabile soluții de etanșare pentru echipamente, sporind astfel eficient fiabilitatea, eficiența, durata de viață și eliminând riscurile de scurgeri.