اصل آب بندی شیر

انواع مختلفی از شیرآلات وجود دارد، اما عملکرد اساسی آنها یکسان است، که اتصال یا قطع جریان سیال است. بنابراین، مشکل آب‌بندی شیرآلات بسیار برجسته می‌شود.

برای اطمینان از اینکه شیر می‌تواند جریان سیال را به خوبی قطع کند و از نشتی جلوگیری کند، لازم است از سالم بودن آب‌بندی شیر اطمینان حاصل شود. دلایل زیادی برای نشتی شیر وجود دارد، از جمله طراحی ساختاری غیرمنطقی، سطوح تماس آب‌بندی معیوب، قطعات اتصال شل، اتصال شل بین بدنه شیر و پوشش شیر و غیره. همه این مشکلات ممکن است منجر به آب‌بندی نامناسب شیر شود. خب، در نتیجه مشکل نشتی ایجاد می‌شود. بنابراین،فناوری آب‌بندی شیرآلاتیک فناوری مهم مرتبط با عملکرد و کیفیت شیرآلات است و نیاز به تحقیقات سیستماتیک و عمیق دارد.

از زمان اختراع شیرآلات، فناوری آب‌بندی آنها نیز پیشرفت چشمگیری داشته است. تاکنون، فناوری آب‌بندی شیرآلات عمدتاً در دو جنبه اصلی، یعنی آب‌بندی استاتیک و آب‌بندی دینامیک، منعکس شده است.

اصطلاح آب‌بندی استاتیک معمولاً به آب‌بندی بین دو سطح استاتیک اشاره دارد. روش آب‌بندی آب‌بندی استاتیک عمدتاً از واشر استفاده می‌کند.

به اصطلاح آب بند پویا عمدتاً بهآب‌بندی ساقه سوپاپکه از نشت سیال درون شیر با حرکت ساقه شیر جلوگیری می‌کند. روش اصلی آب‌بندی آب‌بند دینامیکی، استفاده از محفظه آب‌بندی است.

۱. آب‌بندی استاتیک

آب‌بندی استاتیک به تشکیل آب‌بندی بین دو بخش ثابت اشاره دارد و روش آب‌بندی عمدتاً از واشر استفاده می‌کند. انواع مختلفی از واشر وجود دارد. واشرهای متداول شامل واشرهای تخت، واشرهای O شکل، واشرهای پیچیده شده، واشرهای با شکل خاص، واشرهای موجی و واشرهای پیچشی هستند. هر نوع را می‌توان با توجه به مواد مختلف مورد استفاده، بیشتر تقسیم‌بندی کرد.
۱. (۱)واشر تختواشرهای تخت، واشرهای تختی هستند که به صورت تخت بین دو بخش ثابت قرار می‌گیرند. به طور کلی، با توجه به مواد مورد استفاده، می‌توان آنها را به واشرهای تخت پلاستیکی، واشرهای تخت لاستیکی، واشرهای تخت فلزی و واشرهای تخت کامپوزیتی تقسیم کرد. هر ماده کاربرد خاص خود را دارد.
② اورینگ. اورینگ به واشری با سطح مقطع O شکل گفته می‌شود. از آنجایی که سطح مقطع آن O شکل است، خاصیت خود سفت شوندگی خاصی دارد، بنابراین اثر آب‌بندی آن بهتر از واشر تخت است.
③ شامل واشرها. واشر پیچیده شده به واشری اطلاق می‌شود که ماده خاصی را روی ماده دیگری می‌پیچد. چنین واشری عموماً خاصیت ارتجاعی خوبی دارد و می‌تواند اثر آب‌بندی را افزایش دهد. ④ واشرهای با شکل خاص. واشرهای با شکل خاص به واشرهایی با اشکال نامنظم، از جمله واشرهای بیضی شکل، واشرهای الماسه، واشرهای دنده‌ای، واشرهای دم چلچله‌ای و غیره اطلاق می‌شود. این واشرها عموماً خاصیت خود سفت شوندگی دارند و بیشتر در شیرهای فشار بالا و متوسط استفاده می‌شوند.
⑤ واشر موجی. واشرهای موجی واشرهایی هستند که فقط شکل موج دارند. این واشرها معمولاً از ترکیبی از مواد فلزی و مواد غیرفلزی تشکیل شده‌اند. آنها عموماً دارای نیروی فشاری کم و اثر آب‌بندی خوب هستند.
⑥ واشر را بپیچید. واشرهای پیچشی به واشرهایی گفته می‌شود که با پیچیدن محکم نوارهای فلزی نازک و نوارهای غیرفلزی به یکدیگر تشکیل می‌شوند. این نوع واشر دارای خاصیت ارتجاعی و آب‌بندی خوبی است. مواد مورد استفاده برای ساخت واشرها عمدتاً شامل سه دسته مواد فلزی، مواد غیرفلزی و مواد کامپوزیتی هستند. به طور کلی، مواد فلزی دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر دمای بالا هستند. مواد فلزی رایج شامل مس، آلومینیوم، فولاد و غیره هستند. انواع مختلفی از مواد غیرفلزی از جمله محصولات پلاستیکی، محصولات لاستیکی، محصولات آزبست، محصولات کنفی و غیره وجود دارد. این مواد غیرفلزی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند و می‌توانند بر اساس نیازهای خاص انتخاب شوند. همچنین انواع مختلفی از مواد کامپوزیتی از جمله لمینت‌ها، پانل‌های کامپوزیتی و غیره وجود دارد که آنها نیز بر اساس نیازهای خاص انتخاب می‌شوند. به طور کلی، واشرهای موجدار و واشرهای مارپیچی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

2. آب‌بندی دینامیکی

آب‌بند دینامیکی به آب‌بندی اطلاق می‌شود که از نشت جریان سیال در شیر با حرکت ساقه شیر جلوگیری می‌کند. این یک مشکل آب‌بندی در حین حرکت نسبی است. روش اصلی آب‌بندی، جعبه آب‌بندی است. دو نوع اساسی جعبه آب‌بندی وجود دارد: نوع گلند و نوع مهره فشاری. نوع گلند رایج‌ترین نوع مورد استفاده در حال حاضر است. به طور کلی، از نظر شکل گلند، می‌توان آن را به دو نوع تقسیم کرد: نوع ترکیبی و نوع انتگرالی. اگرچه هر شکل متفاوت است، اما اساساً شامل پیچ‌هایی برای فشرده‌سازی هستند. نوع مهره فشاری معمولاً برای شیرهای کوچکتر استفاده می‌شود. به دلیل اندازه کوچک این نوع، نیروی فشرده‌سازی محدود است.
در محفظه آب‌بندی، از آنجایی که پکینگ در تماس مستقیم با ساقه شیر است، پکینگ باید آب‌بندی خوبی داشته باشد، ضریب اصطکاک کمی داشته باشد، بتواند با فشار و دمای محیط سازگار شود و در برابر خوردگی مقاوم باشد. در حال حاضر، پرکننده‌های رایج شامل حلقه‌های لاستیکی O، پکینگ بافته شده پلی تترافلوئورواتیلن، پکینگ آزبست و پرکننده‌های قالب‌گیری پلاستیکی هستند. هر پرکننده شرایط و محدوده کاربردی خاص خود را دارد و باید با توجه به نیازهای خاص انتخاب شود. آب‌بندی برای جلوگیری از نشت است، بنابراین اصل آب‌بندی شیر نیز از منظر جلوگیری از نشت مورد مطالعه قرار می‌گیرد. دو عامل اصلی باعث نشتی می‌شوند. یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر عملکرد آب‌بندی، یعنی فاصله بین جفت‌های آب‌بندی، و دیگری اختلاف فشار بین دو طرف جفت آب‌بندی است. اصل آب‌بندی شیر نیز از چهار جنبه مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد: آب‌بندی مایع، آب‌بندی گاز، اصل آب‌بندی کانال نشتی و جفت آب‌بندی شیر.

سفتی مایع

خواص آب‌بندی مایعات توسط ویسکوزیته و کشش سطحی مایع تعیین می‌شود. هنگامی که لوله مویین یک شیر نشتی‌دار با گاز پر می‌شود، کشش سطحی ممکن است مایع را دفع کند یا مایع را وارد لوله مویین کند. این امر باعث ایجاد زاویه مماسی می‌شود. هنگامی که زاویه مماسی کمتر از 90 درجه باشد، مایع به داخل لوله مویین تزریق می‌شود و نشتی رخ می‌دهد. نشتی به دلیل خواص مختلف محیط رخ می‌دهد. آزمایش‌ها با استفاده از محیط‌های مختلف در شرایط یکسان نتایج متفاوتی به همراه خواهد داشت. می‌توانید از آب، هوا یا نفت سفید و غیره استفاده کنید. هنگامی که زاویه مماسی بیشتر از 90 درجه باشد، نشتی نیز رخ خواهد داد. زیرا این امر مربوط به لایه چربی یا موم روی سطح فلز است. هنگامی که این لایه‌های سطحی حل شوند، خواص سطح فلز تغییر می‌کند و مایع دفع شده اولیه سطح را خیس کرده و نشت می‌کند. با توجه به شرایط فوق، طبق فرمول پواسون، هدف جلوگیری از نشت یا کاهش میزان نشتی را می‌توان با کاهش قطر لوله مویین و افزایش ویسکوزیته محیط به دست آورد.

تنگی گاز

طبق فرمول پواسون، میزان سفتی یک گاز به ویسکوزیته مولکول‌های گاز و خود گاز مربوط می‌شود. نشتی با طول لوله مویین و ویسکوزیته گاز نسبت معکوس و با قطر لوله مویین و نیروی محرکه نسبت مستقیم دارد. وقتی قطر لوله مویین با میانگین درجه آزادی مولکول‌های گاز برابر باشد، مولکول‌های گاز با حرکت حرارتی آزاد به داخل لوله مویین جریان می‌یابند. بنابراین، وقتی آزمایش آب‌بندی شیر را انجام می‌دهیم، محیط باید آب باشد تا به اثر آب‌بندی دست یابیم و هوا، یعنی گاز، نمی‌تواند به اثر آب‌بندی دست یابد.

حتی اگر قطر مویرگی زیر مولکول‌های گاز را از طریق تغییر شکل پلاستیک کاهش دهیم، هنوز نمی‌توانیم جریان گاز را متوقف کنیم. دلیل این امر این است که گازها هنوز می‌توانند از طریق دیواره‌های فلزی پخش شوند. بنابراین، وقتی آزمایش‌های گاز را انجام می‌دهیم، باید دقیق‌تر از آزمایش‌های مایع باشیم.

اصل آب بندی کانال نشتی

آب‌بندی شیر از دو بخش تشکیل شده است: ناهمواری‌های پخش شده روی سطح موج و زبری موج در فاصله بین قله‌های موج. در مواردی که اکثر مواد فلزی در کشور ما کرنش الاستیک پایینی دارند، اگر بخواهیم به حالت آب‌بندی شده دست یابیم، باید الزامات بالاتری را برای نیروی فشاری ماده فلزی افزایش دهیم، یعنی نیروی فشاری ماده باید از خاصیت ارتجاعی آن بیشتر باشد. بنابراین، هنگام طراحی شیر، جفت آب‌بندی با اختلاف سختی خاصی مطابقت دارد. تحت تأثیر فشار، درجه خاصی از اثر آب‌بندی تغییر شکل پلاستیک ایجاد می‌شود.

اگر سطح آب‌بندی از مواد فلزی ساخته شده باشد، نقاط ناهموار بیرون‌زده روی سطح زودتر ظاهر می‌شوند. در ابتدا، فقط می‌توان از یک بار کوچک برای ایجاد تغییر شکل پلاستیکی این نقاط ناهموار بیرون‌زده استفاده کرد. هنگامی که سطح تماس افزایش می‌یابد، ناهمواری سطح به تغییر شکل پلاستیک-الاستیک تبدیل می‌شود. در این زمان، زبری در هر دو طرف در فرورفتگی وجود خواهد داشت. هنگامی که لازم است باری اعمال شود که می‌تواند باعث تغییر شکل پلاستیکی جدی در ماده زیرین شود و دو سطح را در تماس نزدیک قرار دهد، این مسیرهای باقی‌مانده را می‌توان در امتداد خط پیوسته و جهت محیطی نزدیک کرد.

جفت آب‌بند شیر

جفت آب‌بندی شیر بخشی از نشیمنگاه شیر و عضو بسته‌شونده است که هنگام تماس با یکدیگر بسته می‌شوند. در حین استفاده، سطح آب‌بندی فلزی به راحتی توسط محیط‌های نفوذی، خوردگی محیط، ذرات سایش، کاویتاسیون و فرسایش آسیب می‌بیند. مانند ذرات سایش. اگر ذرات سایش کوچکتر از زبری سطح باشند، دقت سطح هنگام سایش سطح آب‌بندی به جای کاهش، بهبود می‌یابد. برعکس، دقت سطح کاهش می‌یابد. بنابراین، هنگام انتخاب ذرات سایش، عواملی مانند جنس آنها، شرایط کاری، روانکاری و خوردگی روی سطح آب‌بندی باید به طور جامع در نظر گرفته شوند.

درست مانند ذرات سایش، هنگام انتخاب آب‌بندها، باید عوامل مختلفی را که بر عملکرد آنها تأثیر می‌گذارند، به طور جامع در نظر بگیریم تا از نشتی جلوگیری شود. بنابراین، لازم است موادی را انتخاب کنیم که در برابر خوردگی، خراش و فرسایش مقاوم باشند. در غیر این صورت، عدم وجود هرگونه الزام، عملکرد آب‌بندی آن را به شدت کاهش می‌دهد.