Hönnun á vörum — Hönnun á staðfestum þéttunum

Kernan í þekkjuhönnun er að tryggja að vörurnar hindri allar lekaferlar á meðan þær eru í notkun, með sameiningu áhrifa uppbyggingar, háska, efna og annarra þátta.

Ef þú athugar þekkju bara þegar hún er ný og hungrar á þætti eins og háska þekkjuhrings, háska hluta eða hvernig þekkjan virkar eftir aldri, getur leki auðveldlega komið upp síðar. Þú verður að taka þessa þætti til greina frá upphafi hönnunar.

Opinberar upplýsingar skipta þekkjum í staðstæðar þekkjur og hreyfilegar þekkjur (hvort það sé hlutbundin hreyfing á milli þekkju og hluta þegar hún er í notkun). Hönnunarskilyrðin eru mjög ólík fyrir hvort týpur. Þessi grein fjallar aðeins um staðstæðar þekkjur.

Innhald

1. Þekkjufræðilegur grunnur og misheppnisskipanir

2. Hönnun uppbyggingar þekkjuhrings

1. Misheppnisskipanir í mismunandi ástandi

2. Samsýnsluspennan og samsýnslulengd undir LMC

3. Fyllingarhlutfall og staðbundin spenna undir MMC

3. Veðurþol þekkjuhringa

1. Skilgreining á samþrýstingarmissi

2. Hvernig samþrýstingarsetning tengist þrýstingi (samþrýstingarhlutfalli), hitastigi og aldri

3. Fljót aðferð til fljótskots eftir aldri

4. Umfang þessa greinar og framtíðarefni

1. Þekkjufræðilegur grunnur og misheppnisskipanir

Vörur mynda læsingu vegna þess að elástómerið (læsiringin) er ýtt á móti snertisflatunni og hindrar gas eða væski í því að renna um hana.

Út frá sjónarhóli lekstaðsins eru tveir helstu gerðir látsleks:

• Lekur á viðskiptasvæðinu: Gerist á milli læsiringarinnar og snertisflatunnar þegar passað er ekki nógu vel. Væski rennur eftir viðskiptasvæðinu eða bilunni.

• Efnaþráðun: Molekular líkamsmolekular eða væski fer gegnum sjálfa gummí- eða plastefnið á molekularu stigi.

Í raunverulegum verkfræðiafurðum er venjulega auðveldara að greina stóra viðskiptasvæðisleka með jákvæðum þrýstingsbólubreytingaprófi. Íslenskur látslekur eftir því að hafa verið í vötnuðum er betri til að meta hvort heildarvörunni leki á kerfisstigi.

Mikilvæg athugasemd: Prófunaraðilar gefa ekki sjálfkrafa nákvæma upplýsingar um nákvæman villauppruna. Til dæmis gæti vara sýnt enga blöður undir jákvæðum þrýstingi en mistekist í isoleringu undir neikvæðum þrýstingi. Þetta sýnir ekki að efnið sé gegnumrennilegt — það gæti samt verið leka á viðskiptasvæði, staðbundin skemmd á þéttunarringi eða annar leiðarlína.

2. Hönnun uppbyggingar þekkjuhrings

Opinber hönnunarguidar leggja allar áherslu á það að þegar hönnuður hönnar þéttunarring þarf að skoða saman þéttingarmagn, rillufyllingu, strekkingu/uppsetningu, yfirborðsútgildi og háskeytlu. Of lítil þétting merkir slæm tenging; of mikil þétting getur hrökkvað varanlega umformun, gert uppsetningarþrýstinginn of háan eða valdið staðbundinni skemmd.

Fyrir verkfræðihönnun er hægt að nota endanlega frumugreiningu (FEA) til að líkja eftir þéttunarringi undir strekkingu, uppsetningu o.s.frv. og meta áreiðanleika með lykilfjöldum. Mikilvægu endurskoðunarpunktar eru hér fyrir neðan.

Athugasemd: Þessir tölustafir eru verkfræðilegar ávísunarstærðir, ekki beinar mælingar á leki.

1. Misheppnisskipanir í mismunandi ástandi

Á meðan á uppbyggingarprófun stendur skal fyrst athuga hvort augljósar misheppnisskilyrði birtast undir mismunandi stærða samsetningum og sameiningarstaða, til dæmis:

• Samþrýmingarlappar falla saman

• Umskurnar eða kljáningar

• Staðbundin útþrýming

• Ákvarða greinilega óvenjulega álagssamþrýmingu

Þessi skref segir þér hvort þéttunin sé enn í venjulegum starfshamgangi. Jafnvel ef nafnsamþrýmingarhlutfallið lítur vel út getur áreiðanleiki samt minnkað ef samþrýmingarlapparnar fellast saman eða foldast við hámarkssameiningu.

2. Samskiptasþrýming og samskiptalengd undir LMC (minnsti efni-skilyrði)

Fyrir staðsettar þéttanir er LMC (stærð þéttunarringanna við minnstu leyfilegu afvik, bil á milli rýranna við mestu leyfilegu afvik) oftast veikasta augnablik, því að þessi samsetning gerir það auðveldara að minnka samskiptasþrýmingu og samskiptalengd.

Í tengiflötinum sýnir reynsla að upphaflega hönnun fyrir silíkónurubber ætti að miða að jákvæðum þrýstingi >500 kPa og snertidálka >0,6 mm. Þetta er tilvísunargildi sem getur uppfyllt loftþéttleika á 28 kPa eftir 1008 klst við 125°C (sem er rúmlega jafngilt 3 metra vatnsdýpt).

Aukaleiðbeiningar:

① Ef nauðsynlegt er, ætti einnig að hafa í huga deformingu samsettra hluta undir áhrifum krafts.

② Snertithrýstingur og snertidálki eru athuganir á makro-nivá; á mikro-nivá þarf samt að hugsa um lekkaopnir sem myndast vegna yfirborðsójuggu.

3. Fyllingarhlutfall og staðbundin spennu undir MMC (hámarks efni-ástand)

Undir MMC er líklegt að þéttunarringurinn verði of þrýstur. Hafa í huga:

• Hvort fyllingarhlutfallið á þversniðinu sé of hátt (verður að vera undir 100%).

• Hvort staðbundin spennu sé hærri en efnið getur tekið (verður að vera undir töggþol rubberins) og birti tilsagnir um brot.

• Hvort sé hætta við útskot.

3. Veðurþol þekkjuhringa

Fyrri hlutinn fjallaði um afgerð þéttunarringanna þegar þeir eru nýir, og FEA getur gefið frekar nákvæm niðurstöður fyrir það.

En gummiefni eru háð varanlegum samþrýmingarhækkunum, spennulækkun, hitagöldrun og eiginleikafalls á tíma, svo þéttunarsamstarfið tapar smám saman upphaflegri snertingu.

Að klára upphaflegar athuganir merkir ekki að það mun enn vera áreiðanlegt við enda líftíma. Þú verður að taka mið af aldursbreytingum frá upphafi hönnunar.

1. Skilgreining á samþrýstingarmissi

Samþrýmingarhækkun er lykilvísitala til að meta hversu vel gummiefni viðhalda elástíkni sinni eftir langvarandi samþrýmingu.

Það þýðir að eftir að þéttunarringurinn hefur verið samþrýmdur og galdnaður í langan tíma, getur hann ekki fullkomlega endurheimt upphaflega lögun sína þegar þrýstingurinn er fjarlægður. Ju meiri samþrýmingarhækkunin er, því verri er endurheimtuvirkni hennar og því hærri er líkurnar á að missa áhrifamikla þéttunarsnertingu við enda líftíma.

(Greinin sýnir mynd af samþrýmingarhækkun hér.)

(Greinin sýnir staðlaða iðnaðarprófunaraðferð fyrir þrýstiforsetningu þéttunarhrings — staðlaðan gummihring sem er settur á milli plátu.)

2. Hvernig samþrýstingarsetning tengist þrýstingi (samþrýstingarhlutfalli), hitastigi og aldri

Áætlaðarlega eru þrjú aðalþættir: þrýstingur (þrýstihlutfall), hitastig og tími.

(Greinin sýnir grafið yfir þrýstiforsetningu VMQ-silíkónugumma í samanburði við þrýstihlutfall. Fyrir VMQ er hvorki of lítil né of mikil þrýstingur best fyrir langtímaframkvæmd.)

(Athugið: Þegar þrýstingurinn er mjög léttur getur „prósentuhlutfallið“ fyrir þrýstiforsetningu virðst mjög hátt.)

(Greinin sýnir grafa yfir þrýstiforsetningu eftir aldriðun við mismunandi hitastig — hærra hitastig veldur verri endurheimt.)

(Greinin sýnir áætlaða notkunartíma mismunandi þéttunarmateriala við ýmsu hitastig — einungis til viðmiðunar.)

(Greinin sýnir grafið yfir þrýstiforsetningu NBR-gumma í samanburði við aldriðunartíma.)

3. Fljót aðferð til fljótskots eftir aldri

Í verkfræðilegri framkvæmd geturðu sett gildið á eldri samþrýstingarhöfn aftur í upphaflega hönnunina til að fljótt athuga hvort þú hafir nægan öryggisbil og meta hættu við útför.

Dæmi: Ef upphaflega hönnuður samþrýstingur er 10 %, en eftir 1008 klst við 125 °C verður samþrýstingarhöfnin 17 %, þá er líklegt að þéttunin mistakist eftir eldrið. Þú ættir að auka upphaflegan samþrýsting eða velja gummí með betri afrekum í samþrýstingarhöfn.

Athugið: Þessi aðferð er góð fyrir fljóta athuganir eða mat á áttum, ekki fyrir bein spá um lokalekursráð.

4. Umfang þessa greinar og framtíðarefni

Þessi grein veitir viðmiðunarrammi fyrir hönnun þéttana, en margar efni eru ekki enn fjallað um, svo sem sambandi yfirborðsgrófleika og þéttunar, áhrif lágu hitastigs á þéttunarafrek, fjármælilegar aðferðir til að ákvarða lekursráð og bygging hitastigs-eldri viðskiptamódel.

Viðmið

[1] Parker Hannifin Corporation. Parker O-Ring Handbook: ORD 5700[M]. Cleveland, OH: Parker Hannifin Corporation, 2021.

[2] QIAN Y H, XIAO H Z, NIE M H, o.fl. Lifstíðarspá fyrir nitrílrubber undir þrýstispennu í vélsmjör fyrir rafmagnsþáttagerðar[C]//Ritgerðir 5. alþjóðlegu ráðstefnunnar um mælingar, mælitæki og sjálfvirkni (ICMIA 2016) 2016. París: Atlantis Press, 2016: 189–194. DOI: 10.2991/icmia-16.2016.35.