دمای عملکرد
طول عمر مورد نیاز
قابلیت تعمیر
کل هزینه­ مربوط به قطعات، خدمات در حین استفاده و تعویض [۱۰].
شکل ‏۲‑۱- مجموعه­ آب­بند شامل رینگ لاستیکی و گلند [۹]
در ادامه، انواع آب­بندهایی که برای جلوگیری از نشت سیال مورد استفاده قرار می­گیرد معرفی و بررسی می­ شود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

آب­بند­های او- رینگی
او- رینگ یکی از ساده­ترین و پرکاربرد­ترین آب­بند­ها در صنعت هیدرولیک است. این نوع آب­بند یک رینگ با سطح مقطع دایره­ای شکل و یکی از انواع sealing self است. آب­بند sealing self با بهره گرفتن از فشار داخلی، فشار آب­بندی را افزایش می­دهد. او- رینگ به هنگام نصب فشردگی اولیه را کسب می­ کند و مقطع آن از حالت دایره­ای خارج می­ شود، بنابراین مسیر عبور سیال بسته می­ شود (شکل ‏۲‑۲-الف). هنگامی که فشار سیال بر او- رینگ اعمال می­ شود، تغییر شکل بیشتری از خود نشان می­دهد و تماس بیش­تری با سطح دیواره­ی مقابل پیدا می­ کند. فشار ناشی از تغییر شکل لاستیک، فشاری تقریباً برابر با فشار داخلی، به فشار اولیه­ سطح تماس اضافه می­ شود (شکل ‏۲‑۲-ب). از آن­جا که ماکزیمم مقدار فشار در سطح تماس، P_m، معمولاً از فشار داخلی بیشتر است، نشت اتفاق نمی­افتد. با افزایش فشار هیدرولیک تغییر شکل رینگ خیلی زیاد می­ شود تا این­که رینگ به داخل لقی تزریق یا اکسترود شود.
شکل ‏۲‑۲- توزیع فشار در او- رینگ [۱۱]
اگر سختی ماده­ سازنده­ی او- رینگ پایین باشد، این نگرانی وجود دارد که در سطح تماس فشار بالا ایجاد نشود. شکل ‏۲‑۳ رابطه­ بین سختی او- رینگ و میزان لقی و فشار سیال را نشان می­دهد. ماکزیمم فشار برای او- رینگ، بدون ایجاد اکستروژن، به سختی لاستیک وابسته است. به ازای تغییر شکل اولیه­ یکسان، سختی بالا­تر فشار اولیه­ آب­بندی را بیش­تر افزایش می­دهد.
وقتی یک او- رینگ برای آب­بندی به­کار می­رود، مهم­ترین موضوع این است که قابلیت ارتجاعی خود را حفظ کند. قابلیت ارتجاعی به علت فشاری که در داخل لاستیک حین استفاده وجود دارد و کرنش دائمی، ممکن است از بین برود. به همین دلیل شکل شیاری که او- رینگ در آن قرار می­گیرد باید به­گونه ­ای باشد که تا حد ممکن از تنش غیر­ضروری اجتناب شود. برای مثال با پهن کردن شیار یا طراحی آب­بند به­گونه ­ای که در جهتی به جز جهت آب­بندی فشرده­سازی او- رینگ وجود نداشته باشد، می­توان به حفظ قابلیت ارتجاعی کمک کرد (شکل ‏۲‑۴).
مثال­هایی وجود دارد که وقتی پرس در فشار­هایی به بزرگی bar1000 انجام می­ شود از او- رینگ استفاده شده است، اما عمر این او- رینگ­ها خیلی کوتاه بوده و بعضی از آن­ها با یک بار استفاده از بین رفتند. عموماً برای او- رینگ فشار حداکثر در bar۵٠٠ نگه­داشته می­ شود (به منظور ایجاد عمر طولانی برای مصارف صنعتی). علت اصلی از بین رفتن او- رینگ­های استاتیکی و دینامیکی تحت فشار بالا، اکسترود شدن آن­ها به داخل لقی بین سیلندر و پیستون است. لقی بین سیلندر و پیستون، فشار سیال، سختی و استحکام ماده­ سازنده­ی آب­بند از عوامل اصلی موثر روی اکستروژن آب­بند هستند. اگر احتمال اکسترود شدن وجود داشته باشد باید از موارد زیر استفاده کرد:
کاهش لقی
انتخاب ماده­ سخت­تر یا مقاوم­تر به اکستروژن
استفاده از رینگ­های پشتیبان^[۴]
شکل ‏۲‑۳- رابطه­ بین سختی او- رینگ و میزان لقی و فشار سیال [۹]
کاهش لقی هزینه­بر است اما اگر مشکلات تلرانس و هم محوری وجود داشته باشد، استفاده از این روش بهتر است. ماده­ سخت­تر یا مقاوم­تر به اکستروژن ممکن است، حالت ارتجاعی و عمر کم­تری داشته باشد و نتوان از آن استفاده کرد. برای حل این مشکل معمولاً از رینگ­های پشتیبان استفاده می­ شود اما، انتخاب جنس این رینگ خود یک مسئله است. همان­طور که در شکل ‏۲‑۵ نشان داده شده، وقتی فشار به نزدیک bar100 می­رسد، رینگ به داخل لقی تزریق یا اکسترود می­ شود. به منظور جلوگیری از اکستروژن یک رینگ پشتیبان لازم است (شکل ‏۲‑۶). برای فشار­های bar100-30 از موادی مثل tetrafluorethylene resins (Teflon,Polyflon)، trifluoroethylene resins، polycarbonate resins (Panlite, Yupilon) یا polyacetal resins (Delrin) برای رینگ پشتیبان استفاده می­ شود، اما برای فشار­های bar200-100 از مس یا آلومینیوم- برنز استفاده می­ شود. این رینگ­ها اغلب به شکل مثلثی با زاویه­ی شیب °۴۵ هستند (شکل ‏۲‑۶).
شکل ‏۲‑۴- قابلیت ارتجاعی او- رینگ [۱۱]
شکل ‏۲‑۵- تزریق رینگ به داخل لقی برای فشار نزدیک bar100
شکل ‏۲‑۶- رینگ پشتیبان برای او- رینگ [۱۱]
رینگ پشتیبان از تغییر شکل و اکسترود شدن او- رینگ جلوگیری می­ کند. موادی که برای رینگ پشتیبان انتخاب می­شوند باید به­گونه ­ای باشند که بتوانند فشار داخلی را حفظ کنند و استحکام کافی داشته باشند به گونه ­ای که تغییر شکل پلاستیک شدید اتفاق نیفتد. هم چنین باید بتواند با عکس­العمل به موقع لقی را پر کند. برای مثال، برای بخشی که آب­بندی استاتیک را انجام می­دهد، یک رینگ مسی برای جلوگیری از اکستروژن تا فشار bar100 به اندازه­ کافی موثر است. برای فشار بالای bar200 تغییر شکل پلاستیک مس بسیار زیاد است؛ اصطکاک بین رینگ و سیلندر به اندازه­ای افزایش می­یابد که بیرون آوردن رینگ دشوار می­ شود. در نتیجه از آلومینیوم-برنز (۶۱۶۱C-JIS) که استحکام بالایی دارد استفاده می­ شود. در مواردی که فشار به bar1000 می­رسد، از بریلیم-مس (۱۷۲۰C-JIS) که تا مقاومت کششی bar10000 یا بالا­تر سخت شده است؛ استفاده می­ شود.
ساییدگی بین آب­بند با دیواره­ های سیلندر یا پیستون از دیگر عواملی است که موجب از بین رفتن آب­بند­های دینامیکی می­ شود. بنابراین برای افزایش طول عمر آب­بند سطوح تماس باید به خوبی پرداخت شود. اصطکاک دینامیکی آب­بند­های او- رینگی به میزان فشردگی اولیه او- رینگ، فشار سیال و مساحتی از او- رینگ که تحت فشار قرار می­گیرد، بستگی دارد. جنس او- رینگ، سطوح، سیال و سرعت حرکت نیز بر این اصطکاک موثرند.
برهم کنش­های شیمیایی بین او- رینگ و سیال، با توجه به ماده­ سازنده­ی او- رینگ و نوع سیال، می ­تواند اثرات مطلوب یا نامطلوبی روی عمر آن بگذارد. از سخت شوندگی، نرم شوندگی، ورم کردن و انقباض بیش از حد او- رینگ باید جلوگیری شود.
فواید او- رینگ­ها عبارتند از:
آب­بندی محدوده­ گسترده­ای از فشار، دما و تلرانس
سرویس آسان
معمولاً سبک و کم حجم هستند
در بسیاری از موارد می­توان چندین بار از آن­ها استفاده کرد
طول عمر او- رینگ در صورت استفاده صحیح، به عمر ماده­ سازنده­ی آن بستگی دارد
شکست آن­ها معمولاً تدریجی و به راحتی قابل تشخیص است
مقرون به صرفه هستند [۹]، [۱۰]، [۱۱].
آب­بند­های یو­- ­رینگی
یو- رینگ برای مواردی که اصطکاک کم و تلرانس باز مد نظر است، طراحی شده و یک رینگ با سطح مقطع یو شکل است (شکل ‏۲‑۷).
شکل ‏۲‑۷- یو- رینگ
یو- رینگ­های از جنس لاستیک همگن^[۵] برای فشار­های پایین و متوسط مناسب می­باشند. اما در فشار­های بالا دچار اصطکاک زیاد و سایش سریع می­شوند و هم­چنین مستعد تزریق به داخل لقی می­باشند. یو- رینگ­های از جنس لاستیک همگن برای فشار حداکثر bar175 طراحی شده ­اند [۱۲].
آب­بند­های وی­- ­رینگی
آب­بند­های وی- رینگی سطح مقطعی وی شکل دارند (شکل ‏۲‑۸). دارای ساختمانی محکم­تر از یو- رینگ­ها می­باشند و می­توانند در مقابل بار­های شعاعی و محوری مقاومت کنند. اصطکاک در آب­بند­های وی- رینگی کم­تر از آب­بند­های یو- رینگی می­باشد. از آن­جا که وی- رینگ­ها تنش تماسی بالا ایجاد می­ کنند، بهترین انتخاب برای بسیاری از موارد هستند.
با افزایش تعداد وی- رینگ­ها در یک مجموعه­ آب­بند می­توان حداکثر فشار اسمی کارکرد را افزایش داد و حداقل فشار را که تحت آن عمل آب­بندی به خوبی صورت گیرد، کاهش داد و معمولاً هم به صورت چندتایی به کار می­روند. بسته به نوع مواد وی- رینگ­ها و تعداد رینگ­های مجموعه­ آب­بند، تا فشار bar700 را می­توان با این رینگ­ها آب­بندی کرد. وی- رینگ­های چرمی و بافته شده تا فشار bar1400 و وی- رینگ­های فلزی تا فشار bar2500 را آب­بندی می­ کنند.
شکل ‏۲‑۸- وی- رینگ [۱۳]
نوعی آب­بند وی- رینگی که برای آب­بندی فشار بسیار قوی و عملکرد دینامیک استفاده می­ شود، در شکل ‏۲‑۹ نشان داده شده است. این آب­بند­ها معمولاً به صورت مجموعه ­ای که تعدادی وی­-­ رینگ، رینگ پیشانی، رینگ تکیه­گاه^[۶] و مهره­ی سفت­کننده­ آب­بند^[۷] را در­ بر­می­گیرد ساخته می­ شود. جنس وی­-­ رینگ را از مواد فلوئوروپلاستیک^[۸]، فلوئورون^[۹]، گرافیلن^[۱۰] یا پلی کلراین­- وینیل لاستیکی^[۱۱] انتخاب می­ کنند. جنس رینگ پیشانی و گلند از فولاد­های آبکاری شده می­باشد. در شکل ‏۲‑۹ آب­بند مجموعه ­ای است شامل: رینگ پیشانی ۴، وی رینگ­ها ۳، رینگ گلند ۲ که روی میله­ی ۱ سوار شده ­اند و یک آب­بند فشار قوی را تشکیل داده­اند. این آب­بند­ها را تا فشار bar20000 می­توان مورد استفاده قرار داد [۱۲]، [۱۳].
شکل ‏۲‑۹- نوعی آب­بند وی- رینگی برای فشار بسیار قوی [۱۲]
آب­بند­های سی­- ­رینگی
سی- رینگ یک رینگ با سطح مقطع سی شکل است (شکل ‏۲‑۱۰). قابلیت تغییر شکل خوبی دارد و می­توان آن را طرح اصلاح شده یو- رینگ­ها دانست. سی- رینگ­ها از جنس لاستیک همگن برای فشار تا bar70، لاستیک نیمه تقویت شده تا فشار bar140، منجیت تا فشار bar350 و فلز برای فشار تا bar3400 مناسب می­باشند [۱۳].
شکل ‏۲‑۱۰- سی- رینگ [۱۳]
­آب­بند­های بر اساس طرح بریجمن^[۱۲]
یکی از اصولی که در آب­بندی سیستم­های فشار قوی در سطح وسیع مورد استفاده قرار می­گیرد اصل «سطح جبران نشده»^[۱۳] می­باشد که بریجمن برای اولین بار آن را مورد استفاده قرار داد و به نام “طرح بریجمن” معروف است. در این طرح که اصول آن در شکل ‏۲‑۱۱ مشاهده می­ شود، فشار هیدرولیک بر یک سطح بزرگ () اعمال می­ شود که نیروی حاصل از آن بر سطح آب­بند () وارد می­ شود، در نتیجه فشار ایجاد شده در آب­بند مقدار متوسط () را دارد که بیش از می­باشد و این امر به این معنی است که با بهره گرفتن از طرح بریجمن می­توان فشار ایجاد شده در آب­بند را به بیش از فشار سیستم رساند و در نتیجه از نشتی سیال جلوگیری کرد.
شکل ‏۲‑۱۱- نمایش سطح جبران نشده­ی فشار در آب­بند­های طرح بریجمن [۱۴]
آب­بند­های براساس طرح بریجمن (self sealing types)، لنز-رینگ، دلتا رینگ و او- رینگ به دو دسته تقسیم می­شوند: آب­بند­های شکل ‏۲‑۱۲ که آب­بندی را در جهت محوری سیلندر انجام می­ دهند و آب­بند­هایی که آب­بندی را در جهت شعاعی انجام می­ دهند.
شکل ‏۲‑۱۲- آب­بند­های محوری [۱۱]