شکل ۵‑۲۲- اندازه های متفاوت مش برای آببند ۶۹
شکل ۵‑۲۳- فشار آببندی برای PA6 ۷۰
شکل ۵‑۲۴- فشار آببندی برای UHMWPE-glass ۷۰
شکل ۵‑۲۵- فشار آببندی برای UHMWPE-ceramic ۷۱
شکل ۵‑۲۶- فشار آببندی برای NBR ۷۱
شکل ۵‑۲۷- فشار آببندی برای سیلیکون ۷۲
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول ۴‑۱- ضرایب مدل آگدن NBR و سیلیکون ۵۶
جدول ۴‑۲- ضرایب مدل الاستیک PA6، UHMWPE-glass و UHMWPE-ceramic ۵۶
چکیده
امروزه در صنایع مختلفی همچون صنایع هوا فضا، انرژی اتمی، صنایع شیمیایی، پالایشگاهها، صنایع پتروشیمی و … نیاز به استفاده از مکانیزم هایی با فشار بالا میباشد تا امکان انجام و تکمیل فرایندهای مربوطه فراهم شود. افزایش فشار درون محفظهای سیلندری شکل انجام میگیرد و در نتیجه چنین محوطهای باید در مقابل نفوذ سیال درون محفظه به بیرون آن، آببند باشد. با بالا رفتن فشار مشکلات فراوانی در زمینه نشست سیال پدید می آید چرا که با پیشرفت فرایند، اختلاف فشار بیرون و درون سیستم افزایش یافته و در نتیجه، تمایل سیال به نشست افزایش مییابد. به گونه ای که مخزن موجود مانند بمبی می شود که کوچکترین اخلال در سیستم آببندی موجب نشت و حتی انفجار و خسارات جبران ناپذیری میگردد. بنابراین برای انجام چنین فرآیندهایی (فرآیندهای فشار بالا)، آببندی ایمن از ضروریترین نیازهاست. این پژوهش به طراحی یک آببند فشار بالا بر اساس طرح بریجمن می پردازد، به گونه ای که با بهره گرفتن از فشار سیال و افزایش آن توسط مجموعه آببند عملیات آببندی با اطمینان صورت گیرد. برای بررسی عملکرد آببند از شبیهسازی به کمک نرمافزار آباکوس استفاده شده است. رینگهای مختلف آببندی بررسی میگردد و در نهایت رینگی که بتواند علاوه بر ایجاد فشار کافی (فشاری بیش از فشار سیال)، توزیع یکنواختتری از فشار را داشته باشد (به منظور جلوگیری از آسیب آببند)، انتخاب میگردد. در این پژوهش از PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic، NBRو سیلیکون برای آببند فشار بالا استفاده شده است. PA6، UHMWPE-glass، UHMWPE-ceramic رفتار الاستو- پلاستیک و تابع زمان دارند. از این رو، برای شبیهسازی آنها از مدلهای الاستیک و ویسکوالاستیک استفاده می شود. NBRو سیلیکون رفتار هایپرالاستیک و تابع زمان دارند و برای شبیهسازی آنها از مدلهای هایپرالاستیک و ویسکو الاستیک استفاده می شود.
کلمات کلیدی: آببندی، فشار بالا، بریجمن، پلیمرها، هایپرالاستیک
فصل اول
مقدمه
تاریخچه
لوندبرگ[۱] در سال ۱۸۹۶ در سوئد اولین اختراع مربوط به او- رینگ را به ثبت رسانید. در سال ۱۹۳۷ کریستنسن[۲] در آمریکا اختراعی را ثبت کرد که در آن برای بهبود آببندی در یک سیستم ترمز هیدرولیکی از رینگهای لاستیکی استفاده کرده است. یک مقطع طولی از این سیستم در شکل ۱‑۱ نشان داده شده است. در شکل ۱‑۲ بزرگنمایی بخشی از شکل ۱‑۱ شامل او- رینگ لاستیکی مشاهده می شود. این او- رینگ از لاستیک تراکمپذیر با دانسیتهی بالا ساخته شده است.
در ابتدا او- رینگ، به عنوان یک آببند ساده و مستحکم در سیستمهای هیدرولیکی، توسط صنعت هواپیمایی در طول جنگ جهانی دوم (۱۹۴۵-۱۹۳۹) به کار گرفته شد اما از سال ۱۹۵۰ استفاده از آن توسط خودروسازان و صنایع دیگر بسیار گسترش یافت [۱]، [۲].
شکل ۱‑۱- مقطع طولی از یک سیستم ترمز هیدرولیکی [۲]
شکل ۱‑۲- بزرگنمایی بخشی از شکل ۱‑۱ شامل او- رینگ لاستیکی [۲]
تاکنون نمونههای زیادی از شبیهسازی لاستیک به کمک اجزا محدود انجام شده، که در ادامه به چند مورد از آنها اشاره می شود.
در سال ۲۰۰۲ آنیس و همکاران یک نوع آببند لاستیکی Push-Button Diaphragm را مدل کردند [۳].
در سال ۲۰۰۹ جوان و همکاران مکانیزم آببندی یک نوع شیر را بهینهسازی کردند. این آببند از جنس NBR است [۴].
در سال ۲۰۰۹ لی و همکاران شکست یک لاستیک بوش مانند را که در اتومبیل بهکار میرود، بررسی کردند [۵].
در سال ۲۰۱۳ تاسورا و همکاران تغییر شکل یک آببند الاستومری از نوع lip را شبیهسازی کردند [۶].
در سال ۲۰۱۴ لیو و همکارانش عمر رینگ آببندی از جنس لاستیک سیلیکون را، که در موتور جت به کار میرود، بررسی کردند [۷].
در سال ۲۰۱۴ زویی و همکاران شکست آببند یک پمپ را شبیهسازی کردند [۸].
در همه این موارد برای مدل کردن لاستیک از تابع مونی- ریولین استفاده شده که به غیر از مورد چهارم، پارامترهای این تابع از داده های آزمون کشش تک محوره بهدست آمدهاند. در مورد چهارم تاسورا وهمکارانش پارامترهای متفاوتی را برای تابع مونی- ریولین در نظر گرفته و با بهره گرفتن از داده های تجربی و روش کمترین مربعات بهترین پارامترها را انتخاب کرده اند.
آببندها یکی از مفیدترین طرحهایی هستند که تا کنون ساخته شده اند و امروزه کاربرد بسیار گستردهای دارند. قطعاً بدون آنها بسیاری از محصولات نمیتوانستند به بازار راه پیدا کنند.
برخی از ویژگیهای او- رینگ که باعث شده از ابتدا تا کنون برای آببندی بهکار رود، عبارتند از:
می تواند برای آببندی سیلندرها و پیستونهای استاتیکی تا فشار psi۵٠٠٠ بهکار رود (فشار می تواند ثابت یا متغیر باشد).
او- رینگها برای سیلندر و پیستونهای رفت و برگشتی تا فشار psi5000 عملکرد رضایت بخشی دارند و ممکن است مقدار کمی نشتی (چند قطره در هر ۱۰۰ حرکت) داشته باشند. برای سیستمهای دورانی هم عملکرد مشابهی دارند اما در همه این موارد باید سرعت حرکت سطوح پایین نگهداشته شود.
یک او- رینگ را در شرایطی که فشار به صورت تناوبی به یک طرف او- رینگ و سپس به طرف دیگر آن اعمال می شود، میتوان بهکار برد. در بارگذاری شدید یا موارد خاص دیگر برای افزایش طول عمر مجموعه آببند میتوان مکانیزم را به صورتی طراحی کرد که به هر او- رینگ فقط در یک جهت فشار اعمال شود. گاهی برای اطمینان بیشتر به جای یک او- رینگ از چند ردیف او- رینگ استفاده می شود. در این صورت قبل از آسیب، او- رینگ اول که در معرض فشار قرار دارد کل نیروی اعمالی را تحمل می کند.
اثرات تغییر دما از C°۱۸+ تا C°۱۲۱+ روی عملکرد او- رینگها، به ماده بهکار رفته برای آنها بستگی دارد. لاستیک مصنوعی می تواند به صورت دائمی در معرض دمای بالا یا دمای پایین و برای مدت کوتاهی در معرض تغییرات دمایی گسترده قرار بگیرد. آببندها در دماهای خیلی پایین ممکن است شکننده شوند اما در صورت گرم شدن انعطافپذیری عادی خود را بدون ایجاد هیچگونه مشکلی دوباره بهدست میآورند. اگر آببندها به مدت طولانی در معرض حرارت شدید قرار بگیرند، سختی آنها به صورت دائمی افزایش مییابد و از بین میروند. معمولاً ضریب انبساط حرارتی لاستیک مصنوعی به اندازهای کم است که تغییرات دمایی مشکلی برای طراحی ایجاد نمیکند (این ویژگیها برای تمامی ترکیبات الاستومری صادق نیست.).
آببندهای او- رینگی به دلیل سادگی، استحکام بالا، قیمت ارزان و نصب آسان نسبت به سایر آببندها کاربرد بیشتری دارند.
گرچه او- رینگها کاربرد زیادی دارند اما برای همه مسائل آببندی راه حل مناسبی نیستند. برای مثال در مواردی که:
سرعت دورانی بیش از min/ft1500 است.
محیط با مواد الاستومری ناسازگار است.
فضای کافی وجود نداشته باشد.
از آنها نمی توان استفاده کرد [۹].
فصل دوم
انواع رینگهای آببندی
مقدمه
آببندها به منظور محدود کردن یا جلوگیری از نشت سیالات بهکار میروند. مجموعه آببند معمولاً شامل یک رینگ لاستیکی و یک گلند[۳] است. گلند شیاری است که روی فلز یا ماده سخت دیگر برای نگهداشتن رینگ لاستیکی ایجاد می شود (شکل ۲‑۱) [۹].
سیستمهای آببندی بسیار گستردهاند. برخی از مواردی که در انتخاب نوع آببند موثرند عبارتند از:
نوع سیال
فشار موجود در دو طرف آببند
حرکت نسبی بین آببند و سطوحی که با آن در تماس است، برای مثال دورانی، رفت و برگشتی، سرعت بالا یا پایین
میزان آببندی مورد نیاز
فرم در حال بارگذاری ...
