آب بند (Seal) در سیلندر هیدرولیک
آب بندها(seal) همانطور که در مطلب سیلندرها گفته شد، اجزای هستند که از نشتی روغن در حالت کلی بین دو قسمت جفت شده جلوگیری می کنند. مهمترین علت استفاده از آب بند ها جلوگیری از کاهش راندمان و افت توان سیستم است و مهمترین وظیفه آنها جلوگیری از نشتی های داخلی و خارجی است. آب بندها بسته به این که ثابت باشند و یا در حرکت به دو نوع کلی تقسیم می شوند:
- آب بند دینامیک
در این حالت آب بند، جهت جلوگیری از نشتی بین دو قطعه متحرک استفاده می شوند. مثل اورینگ ها(O-ring) یو رینگ ها(U-ring)، آب بند های فشرده، آب بند های کامپوزیتی و … - آب بند استاتیک
در این حالت آب بند، جهت جلوگیری ار نشتی بین دو قطعه که نسبت به هم ثابت هستند، استفاده می شود. مثل واشر ها، پکینگ های آزبستی و …
واژه آب بند (seal ) کلی است و بسته به اینکه در حالت دینامیک یا استاتیک استفاده شوند، به دو دسته پکینگ(دینامیکی) و واشر(استاتیک)تقسیم بندی می شوند.
مکانیزم آب بند ها
اگر بخواهیم مکانیک آب بند ها را بررسی کنیم، دو نوع کلی در مورد آنها وجود دارد:
- آب بند های فشرده
- آب بند های تحریک شده با فشار
آب بند های فشرده
در این نوع، آب بند، وقتی درست عمل می کند که تحت فشار بین دو قطعه جفت شده قرار می گیرد(Pc). این فشار بایستی از فشار سیال(Pf) بیشتر باشد.(Pf<Pc). به دلیل اینکه مواد آب بند، در این حالت فشرده می شوند به آب بند های پکینگ یا گلند پگینگ هم معروف هستند.
آب بند های تحریک شده با فشار
در این نوع، آب بند از مواد الاستومر انعطاف پذیر ساخته شده است. آب بند های تحریک شده با فشار، وقتی عمل می کنند که تحت فشار سیال در محلی که قرار است آب بندی شود قرار گیرند.
با اعمال فشار سیال، این نوع آب بند تغییر شکل داده و بر روی سطوحی که قرار است آب بندی شوند فشار وارد کرده و از نشت سیال به سمت دیگر جلوگیری می کند.
امروزه اکثر سیستم ها، از آب بند های تحریک شده با فشار بهره می گیرند و نوع اول تقریبا منسوخ شده است.
آب بند های تحریک شده با فشار به دو دسته تقسیم می شوند:
- نوع لبه انعطاف پذیر
- نوع مقطع سخت
آب بند های U شکل و V رینگ از نوع لبه انعطاف پذیر هستند. اورینگ ها و آب بند های کامپوزیتی از نوع مقطع سخت هستند.
در نوع یک، آب بند با اعمال فشار بر روی آن منبسط شده و با فشرده شدن بر روی سطح قطعه از نشتی بین دو طرف جلوگیری می کند.
در نوع دو، تحت فشار سیال آب بند تغییر شکل می دهد و در فضای لقی بین دو قطعه قرار می گیرد
فاکتور های اثرگذار بر روی بازدهی آب بند ها
- روانکارها
- تلورانس بین قطعات
- اصطحکاک
- سازگاری جنس آب بند با سیال
- شرایط کاری مثل دما
روانکارها
روغنکاری سطح آب بند نقش مهمی را در عملکرد و عمر آن بازی می کند. در نبود فیلمی از روغن روی سطح قطعه ای که آب بند با آن در تماس است، موجب افزایش اصطحکاک و افزایش دما و بطبع خرابی آب بند می شود.
تلورانس بین قطعات
با توجه به لقی بین قطعات جفت شده، میزان اصطحکاک تغییر می کند. هر چه میزان لقی بیشتر باشد، میزان اصطحکاک با خارج شدن آب بند از جای خود و قرار گیری در فضای بین دو قطعه افزایش می یابد.
اصطحکاک
در اثر اصطحکاک با افزایش دما، علاوه بر کاهش راندمان، افزایش گرما موجب سایش، خرابی آب بند و ایجاد مواد ساینده ای می کند که اثر اصطحکاک و سایش را تشدید می کند.
عوامل موثر بر میزان اصطحکاک
- صافی سطح
- سختی جنس آب بند
- فشار کاری
- سرعت حرکت
- تعداد آب بند ها
- زمان ایستای
سازگاری جنس آب بند با سیال
در حالت کلی سه نوع سیال هیدرولیک وجود دارد:
- روغن های معدنی
- روغن های مصنوعی
- روغن های آب پایه
بایستی دقت کرد با توجه به جنس آب بند (seal)، از روغنی استفاده کرد که با آن سازگار باشد(به عنوان مثال لاستیک های طبیعی با روغن های معدنی واکنش داده و آنها را اسفنجی می کنند).
انواع آب بند از نظر شکل ظاهر
- اورینگ ها
- آب بندهای فنجانی شکل
- رینگ های پاک کننده(گردگیر)
- آب بندهای U,V
- رینگ پیستون ها
اورینگ ها
پرکاربرد ترین نوع آب بندها اورینگ ها هستند که در فشارهای بالا و در هر دو مسیر رفت و برگشت، بسیار خوب عمل می کنند. اما در جاهای که ارتعاش و دمای بالا وجود دارد معمولا استفاده نمی شوند.
آب بندهای فنجانی شکل
مناسب پیستون های رفت و برگشتی در سیلندر ها و پمپ های هیدرولیک هستند و مکانیزم عمل آنها همان چیزی است که در آب بند های تحریک شده با فشار گفته شد.
رینگ های گردگیر(Wiper Ring)
این آب بندها تنها جهت جلوگیری از ورود گرد و غبار و مواد خارجی به درون سیلندر و پاک کردن آنها از سطح میله پیستون و اضافات روغن استفاده می شوند.
پکینگ V شکل
این نوع جز آب بندهای یک طرفه هستند و همیشه جهت باز آن بایست رو به سمت فشار باشد. جز آب بند های فشار بالا بوده و در سیلندر های رفت و برگشتی و کاربرد های دورانی دور پایین استفاده می شوند.
پکینگ U شکل
این نوع هم، همانند V شکل یکطرفه هستند و در پیستون های رفت و برگشتی و حرکت های دورانی استفاده می شوند .در اصل در حالت فشار پایین فشار های زیر 1000psi بیشتر کاربرد دارند.
رینگ های پیستون
بطور اختصاصی برای پیستون ها ساخته می شوند و در نوع بادوامشان از جنس چدن و فولاد با روکش دهی از جنس های فسفات روی و منگنز هستند. مزیت آنها مقاومت بیشتر در مقابل سایش و تحمل دمای بالاست و عیب آنها تمایل به نشتی بیشتر است.
رینگ های پشتیبان(Back up Ring)
این رینگ ها از جنس تفلون هستند. بنابراین با گذشت زمان فاسد نمی شوند. تحت تاثیر سیال قرار نگرفته و همچنین قابلیت تحمل دمای بالا را نیز دارند. کاربرد آنها جلوگیری از خزش اورینگ در شکاف بین قطعات متحرک است.
انواع آب بند از نظر جنس
در یک نگاه کلی آب بند (seal) ها براساس خصوصیات فیزیکی بر دو نوع:
- الاستومرها
تمام مواد شبیه لاستیک ها در این طبقه جای می گیرند. این مواد دارای خصوصیت الاستیک هستند. - پلاستومری
این مواد شبه صلب هستند، مثل PTEF. بطور کلی مواد این دسته بعنوان رینگ پشتیبان، رینگ های ضد خزش و بوش استفاده می شوند.
البته موادی نیز وجود دارند که در هیچ یک از طبقه بندی بالا قرار نمی گیرند مثل مواد مصنوعی، فیبر های معدنی وطبیعی.
هر یک از دسته های الاستمری و پلاستومری از مواد گوناگونی ساخته شده اند که بنا به خصوصیاتشان دارای کاربرد های مختلفی هستند. سعی می کنیم در یک مقاله به شرح کامل آنها بپردازیم.