Войти
Типовое кольцо круглого сечения и применение Кольцо круглого сечения, также известное как набивка или торическое соединение, представляет собой механическую прокладку в форме тора ; это петля из эластомера с круглым поперечным сечением , предназначенная для установки в канавке и сжатия во время сборки между двумя или более частями, создавая уплотнение в интерфейсе.
Уплотнительное кольцо может использоваться в статических или динамических приложениях, где существует относительное движение между частями и уплотнительным кольцом. Динамические примеры включают вращающиеся валы насоса и поршни гидроцилиндра. Статические применения уплотнительных колец могут включать уплотнения для жидкости или газа, в которых: (1) уплотнительное кольцо сжимается, что приводит к нулевому зазору, (2) материал уплотнительного кольца вулканизирован твердым, так что он непроницаем для жидкости или газа, и (3) материал уплотнительного кольца устойчив к разрушению под воздействием жидкости или газа.
Кольца круглого сечения являются одними из наиболее распространенных уплотнений, используемых в конструкции машин, поскольку они недорогие, простые в изготовлении, надежные и простые в установке. Они протестированы на герметичность до 5000 psi (35 мегапаскалей ) давления. Максимальное рекомендуемое давление кольцевого уплотнения зависит от твердости уплотнения и зазора сальника.
Уплотнительные кольца могут быть изготовлены посредством экструзии, литье под давлением, литье под давлением или литье под давлением.
Первый патент на уплотнительное кольцо датирован 12 мая 1896 г. как шведский патент., изобретатель уплотнительного кольца, получил патент. Патент на уплотнительное кольцо в США был подан в 1937 году 72-летним датским машинистом, Нильсом Кристенсеном. В своей ранее поданной в 1933 году заявке, в результате которой был получен патент 2115383, он начинает словами: «Это изобретение относится к новым и полезным усовершенствованиям в гидравлических тормозах и, в частности, к улучшенному уплотнению для поршней цилиндров передачи энергии». Он описывает «кольцо круглого сечения... сделанное из твердой резины или резиновой смеси» и объясняет, что «это скольжение или частичное качение кольца... перемешивает или обрабатывает материал кольца, чтобы оно оставалось живым и податливым без вредных воздействий. эффекты истирания, вызванные чисто статическим скольжением резины по поверхности. Благодаря этому легкому вращению или замешиванию срок службы кольца продлевается ». В его заявке, поданной в 1937 году, говорится, что она «является частичным продолжением моей совместно рассматриваемой заявки с серийным номером 704 463 на гидравлические тормоза, поданной 29 декабря 1933 года, теперь патент США № 2115 383 выдан 26 апреля 1938 года».
Вскоре после миграции в Соединенные Штаты в 1891 году он запатентовал пневматическую тормозную систему для трамваев (трамваев). Несмотря на его юридические усилия, его права на интеллектуальную собственность переходили от компании к компании, пока они не оказались на Westinghouse. Во время Второй мировой войны правительство США конфисковало уплотнительное кольцо по патенту в качестве критически важного предмета, связанного с войной, и предоставило право производства другим организациям. Кристенсен получил единовременную выплату в размере 75000 долларов США за свои усилия. Судебный процесс привел к выплате 100 000 долларов его наследникам в 1971 году, через 19 лет после его смерти.
Установка уплотнительного кольца для сверхвысокого вакуума. Распределение давления в поперечном сечении уплотнительного кольца. Оранжевые линии - твердые поверхности, на которые оказывается большое давление. Жидкость в швах имеет более низкое давление. Мягкое уплотнительное кольцо снижает давление на швы. Доступны уплотнительные кольца различных метрических и дюймовых стандартных размеров. Размеры указаны по внутреннему диаметру и диаметру (толщине) поперечного сечения. В США наиболее распространенные стандартные размеры в дюймах соответствуют спецификации SAE AS568C (например, AS568-214). ISO 3601-1: 2012 содержит наиболее часто используемые в мире стандартные размеры, как дюймовые, так и метрические. В Великобритании также есть стандартные размеры, известные как размеры BS, обычно от BS001 до BS932. Также существует несколько других спецификаций размеров.
Для успешной конструкции соединения с уплотнительным кольцом требуется жесткий механический монтаж, который обеспечивает предсказуемую деформацию уплотнительного кольца. Это создает расчетное механическое напряжение на контактирующих поверхностях уплотнительного кольца. Пока давление содержащейся в нем текучей среды не превышает контактного напряжения уплотнительного кольца, утечка не может произойти. Давление содержащейся жидкости передается через по существу несжимаемый материал уплотнительного кольца, и контактное напряжение возрастает с увеличением давления. По этой причине уплотнительное кольцо может легко герметизировать высокое давление, если оно не выходит из строя механически. Наиболее частая неисправность - выдавливание сопряженных деталей.
Уплотнение предназначено для точечного контакта между уплотнительным кольцом и уплотнительными поверхностями. Это позволяет создавать высокое локальное напряжение, способное сдерживать высокое давление, не превышая предела текучести корпуса уплотнительного кольца. Гибкость материалов уплотнительных колец компенсирует несовершенства монтажных деталей. Но по-прежнему важно поддерживать хорошее качество поверхности этих сопрягаемых деталей, особенно при низких температурах, когда резина уплотнения достигает своей температуры стеклования и становится все более негибкой и стеклообразной. Чистота поверхности также особенно важна в динамических приложениях. Слишком шероховатая обработка поверхности приведет к истиранию поверхности уплотнительного кольца, а слишком гладкая поверхность не позволит должным образом смазывать уплотнение пленкой жидкости.
В вакуумных приложениях проницаемость материала делает точечные контакты непригодными для использования. Вместо этого используются более высокие установочные усилия, и кольцо заполняет всю канавку. Кроме того, круглые опорные кольца используются для защиты кольца от чрезмерной деформации. Поскольку кольцо воспринимает давление окружающей среды и парциальное давление газов только на уплотнении, их градиенты будут круто около уплотнения и неглубоко в объеме (противоположно градиенту контактного напряжения См.: Вакуумный фланец # KF.2FQF. Высоковакуумные системы ниже 10 Торр используйте уплотнительные кольца медь или никель. Кроме того, в вакуумных системах, которые должны быть погружены в жидкий азот, используется индий O- кольца, потому что резина становится твердой и хрупкой при низких температурах.
В некоторых высокотемпературных применениях уплотнительные кольца могут должны быть установлены в тангенциально сжатом состоянии, чтобы компенсировать эффект Гоу-Джоуля.
Кольцевые уплотнения бывают разных размеров. Стандарт Общества автомобильных инженеров (SAE) для аэрокосмической промышленности 568 (AS568) указывает внутренние диаметры, сечения, допуски es и идентификационные коды размеров (номера тире) для уплотнительных колец, используемых в уплотнениях, и для прокладок втулки трубных фитингов с прямой резьбой. Британский стандарт (BS), которые представляют собой британские или метрические размеры. Типичными размерами уплотнительного кольца являются внутренний размер (id), внешний размер (od) и толщина / поперечное сечение (cs).
Метрические уплотнительные кольца обычно определяются внутренним размером x поперечным сечением. Типовой номер детали для метрического уплотнительного кольца - ID x CS [материал твердость по Шору ] 2x1N70 = определяет это уплотнительное кольцо как внутренний диаметр 2 мм с поперечным сечением 1 мм, изготовленный из нитрилового каучука, который составляет 70Sh. Уплотнительные кольца BS определены стандартом.
Самое большое в мире уплотнительное кольцо было произведено в результате успешной попытки занести в Книгу рекордов Гиннеса компанию Trelleborg Sealing Solutions. Тьюксбери в партнерстве с группой из 20 студентов из школы Тьюксбери. Кольцо круглого сечения, которое когда-то было закончено и размещено вокруг средневекового аббатства Тьюксбери, имело окружность 364 м (внутренний диаметр 116 м) и поперечное сечение 7,2 мм.
Некоторые небольшие уплотнительные кольца O- Выбор кольца основан на химической совместимости, температуре применения, давлении уплотнения, требованиях к смазке, твердомере, размере и стоимости.
Синтетические каучуки - Термореактивные материалы :
:
Кольцо круглого сечения и другое уплотнение профили Для уплотнений возможны варианты конструкции поперечного сечения, кроме круглой. Форма может иметь разные профили, Х-образный профиль, обычно называемый X-образным кольцом, Q-образным кольцом или под торговой маркой Quad Ring. При сжатии при установке они уплотняются 4 контактными поверхностями - 2 небольшими контактными поверхностями сверху и снизу. Это контрастирует со сравнительно большими единственными контактными поверхностями верхней и нижней части стандартного уплотнительного кольца. Х-образные кольца чаще всего используются в системах с возвратно-поступательным движением, где они обеспечивают меньшее трение при движении и отрыве, а также снижают риск образования спирали по сравнению с уплотнительными кольцами.
Существуют также кольца с квадратным профилем, обычно называемые квадратными, токарными, табличными или квадратными кольцами. Когда уплотнительные кольца продавались по наивысшей цене из-за новизны, отсутствия эффективных производственных процессов и высокой трудоемкости, квадратные кольца были введены в качестве экономичной замены уплотнительных колец. Квадратное кольцо обычно изготавливается путем формования эластомерной втулки, которую затем вырезают на токарном станке. Этот тип уплотнения иногда дешевле в производстве с использованием определенных материалов и технологий формования (прессование, литье под давлением, литье под давлением ), особенно в небольших объемах. Физические характеристики уплотнения квадратных колец в статических условиях выше, чем у уплотнительных колец, однако в динамических приложениях они уступают уплотнительным кольцам. Квадратные кольца обычно используются только в динамических приложениях в качестве активаторов в узлах уплотнения крышки. Квадратные кольца также могут быть сложнее установить, чем уплотнительные кольца.
Подобные устройства с некруглым поперечным сечением называются уплотнениями, набивками или прокладками. См. Также шайбы.
Головки цилиндров автомобилей обычно герметизируются плоскими прокладками, покрытыми медью.
Лезвия ножей, запрессованные в медные прокладки, используются для высокого вакуума.
Эластомеры или мягкие металлы, которые затвердевают на месте, используются в качестве уплотнений.
Материалы уплотнительных колец могут подвергаться воздействию высоких или низких температур, химическому воздействию, вибрации, истиранию и перемещению. Эластомеры подбираются в зависимости от ситуации.
Существуют материалы для уплотнительных колец, которые могут выдерживать температуры от -200 ° C до 250 ° C. На нижнем уровне почти все инженерные материалы становятся жесткими и теряют герметичность; в верхней части материалы часто горят или разлагаются. Химическое воздействие может привести к разрушению материала, появлению хрупких трещин или его разбуханию. Например, уплотнения из NBR могут треснуть под воздействием газа озон при очень низких концентрациях, если они не защищены. Набухание при контакте с жидкостью с низкой вязкостью вызывает увеличение размеров, а также снижает предел прочности резины. Другие неисправности могут быть вызваны использованием кольца неподходящего размера для конкретной выемки, что может вызвать выдавливание резины.
Эластомеры чувствительны к ионизирующему излучению. В типичных применениях уплотнительные кольца хорошо защищены от менее проникающего излучения, такого как ультрафиолет и мягкое рентгеновское излучение, но более проникающее излучение, такое как нейтроны, может вызвать быстрое разрушение. В таких средах используются уплотнения из мягкого металла.
Существует несколько распространенных причин отказа уплотнительного кольца:
1. Повреждение при установке - это вызвано неправильной установкой уплотнительного кольца.
2. Отказ спирали - обнаруживается на уплотнениях длинноходных поршней и - в меньшей степени - на уплотнениях штока. Уплотнение «зависает» в одной точке своего диаметра (у стенки цилиндра) и одновременно скользит и катится. Это скручивает уплотнительное кольцо во время цикла работы герметичного устройства и, наконец, вызывает серию глубоких спиральных надрезов (обычно под углом 45 градусов) на поверхности уплотнения.
3. Взрывная декомпрессия - эмболия уплотнительного кольца, также называемая разрывом вследствие расширения газа, возникает, когда газ под высоким давлением оказывается в ловушке внутри эластомерного уплотнительного элемента. Это расширение вызывает пузыри и разрывы на поверхности уплотнения.
Выход из строя уплотнительного кольца был определен как причина аварии Space Shuttle Challenger 28 января 1986 года. Решающим фактором был холодная погода перед запуском. Это было хорошо продемонстрировано по телевидению Калифорнийским технологическим институтом профессором физики Ричардом Фейнманом, когда он поместил маленькое уплотнительное кольцо в ледяную воду и впоследствии продемонстрировал потерю гибкости перед следственным комитетом.
Материал вышедшего из строя уплотнительного кольца был FKM, который был указан подрядчиком по двигателю челнока, Morton-Thiokol. Когда уплотнительное кольцо охлаждается ниже температуры стеклования T g( ), оно теряет эластичность и становится хрупким. Что еще более важно, когда уплотнительное кольцо охлаждается рядом с его T g, но не за его пределами, холодному уплотнительному кольцу после сжатия потребуется больше времени, чем обычно, чтобы вернуться к своей исходной форме. Уплотнительные кольца (и все другие уплотнения) работают, создавая положительное давление на поверхность, тем самым предотвращая утечки. В ночь перед запуском были зафиксированы чрезвычайно низкие температуры воздуха. В связи с этим специалисты НАСА провели инспекцию. Температура окружающей среды была в пределах параметров запуска, и пусковая последовательность продолжалась. Однако температура резиновых уплотнительных колец оставалась значительно ниже, чем температура окружающего воздуха. Во время своего исследования видеозаписи запуска Фейнман наблюдал небольшое выделение газа из твердотопливного ракетного ускорителя (SRB) на стыке между двумя сегментами в моменты, непосредственно предшествующие катастрофе. Это было связано с неисправным уплотнительным кольцом. Вылетавший высокотемпературный газ попал во внешний бак, в результате чего вся машина была разрушена.
Резиновая промышленность претерпела определенные изменения после аварии. Многие уплотнительные кольца теперь поставляются с кодировкой партии и даты отверждения, как в медицинской промышленности, для точного отслеживания и контроля распределения. Для применения в аэрокосмической и военной / оборонной сферах уплотнительные кольца обычно упаковываются индивидуально и маркируются с указанием материала, даты отверждения и информации о партии. При необходимости уплотнительные кольца можно снять с полки. Кроме того, уплотнительные кольца и другие уплотнения обычно проходят серийные испытания для контроля качества производителями и часто проходят проверку / ответ еще несколько раз со стороны дистрибьютора и конечных пользователей.
Что касается самих SRB, то NASA и Morton-Thiokol переработали их конструкцию шарнира, который теперь включает три уплотнительных кольца вместо двух, причем сами шарниры имеют встроенные нагреватели, которые можно включать при повышении температуры. упадет ниже 50 ° F (10 ° C). Никаких проблем с уплотнительными кольцами не возникало после Challenger, и они не играли роли в катастрофе космического корабля "Колумбия" в 2003 году.
Уплотнительное кольцо - это один из простейших, но при этом очень важных и прецизионных механических компонентов, когда-либо разработанных. Но есть новые достижения, которые могут снять часть бремени критического уплотнения с уплотнительного кольца. Есть надомная промышленность из консультантов по эластомеру, которые помогают в проектировании сосудов высокого давления без уплотнительных колец. Нанотехнологии -резина - одно из таких новых направлений. В настоящее время эти достижения повышают важность уплотнительных колец. Так как уплотнительные кольца охватывают области химии и материаловедения, любое развитие наноразмерной резины повлияет на производство уплотнительных колец.
Уже существуют эластомеры, наполненные наноуглеродом и нано- ПТФЭ и отформованные в уплотнительные кольца, используемые в высокопроизводительных приложениях. Например, углеродные нанотрубки используются в приложениях, рассеивающих электростатический заряд, а нано-ПТФЭ используется в сверхчистых полупроводниках. Использование нано-ПТФЭ в фторэластомерах и перфторэластомерах улучшает сопротивление истиранию, снижает трение, снижает проницаемость и может действовать как чистый наполнитель.
Использование токопроводящей сажи или других наполнителей может продемонстрировать полезные свойства токопроводящей резины, а именно предотвращение образования электрической дуги, статических искр и общего накопления заряда. внутри резины, что может привести к тому, что он будет вести себя как конденсатор (рассеивающий электростатический заряд). Рассеивая эти заряды, эти материалы, в том числе легированная сажа и резина с металлическими наполнителями, снижают риск воспламенения, что может быть полезно для топливопроводов.
 | Wikimedia У Commons есть материалы, относящиеся к уплотнительным кольцам. |
