آب­بند­های محوری: این آب­بند­ها برای آب­بندی در جهت محوری موثرند و برای هر دو نوع محرک و ثابت به­کار می­روند؛ مانند آب­بند­هایی که در پیستون و سیلندر در یک تشدیدکننده یا کمپرسور به­کار می­روند یا آب­بند­های به­کار­ رفته در درب­های یک مخزن فشار بالا.
(( 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 شعاعی: در شکل ‏۲‑۱۳ نمونه­هایی از آب­بند­های در جهت شعاعی نشان داده شده است؛ مانند آب­بند­های به­کار­ رفته در درب­های یک مخزن فشار بالا.
شکل ‏۲‑۱۳- آب­بند­های شعاعی [۱۱]
در شکل ‏۲‑۱۳ دیده می­ شود که سطح آب­بندی کوچک­تر از سطحی است که تحت فشار قرار دارد، بنابراین نیروی ناشی از فشار داخلی با یک سطح تماس کوچک تحمل می­ شود. در نتیجه فشار در ناحیه­ی آب­بندی بیش از فشار داخلی است و اثر آب­بندی افزایش می­یابد. اگر فشار داخلی خیلی بالا رود، تغییر شکل پکینگ[۱۴] از حد الاستیک تجاوز می­ کند و هر بار که درب­ها بر­داشته می­شوند پکینگ باید تعویض شود [۱۱].
شکل ‏۲‑۱۴ نوعی آب­بند دینامیکی برای فشار بسیار قوی را نشان می­دهد که بر اساس طرح بریجمن کار می­ کند. در این آب­بند سطح تاج دایره­ای واشر داخلی (واشر تحت فشار زیاد)، بزرگ­تر از سطح پکینگ لاستیکی است که نیروی ایجاد شده را تحمل می­ کند. اختلاف این دو سطح به اندازه­ سطح پین­های pegs است که روی واشر داخلی نصب شده ­اند. در واقع سطح تحمل­کننده­ فشار پکینگ برابر است با سطح تاج دایره­ای واشر داخلی منهای مجموع سطح مقطع پین­ها. در این صورت روی سطح جبران نشده فشاری وجود دارد که موجب می­ شود فشار ایجاد شده در پکینگ بیش از فشار سیال تحت فشار باشد، در نتیجه عمل آب­بندی به خوبی اجرا می­ شود. در این طرح تعداد پین­ها ۶ عدد می­باشد. دور پین­ها و در گوشه­ها، رینگ­های گوشه نصب می­ شود تا از تزریق پکینگ به داخل لقی­ها جلوگیری شود و عمر آب­بند افزایش یابد. جنس پکینگ و انطباقات اجزا، نقش مهمی در نحوه­ عملکرد آب­بند دارند که باید نوع و مقدار مناسب آن­ها را از طریق تجربه تعیین کرد. جنس واشر داخلی و پین­ها از نوع فولاد با استحکام بالا و جنس واشر خارجی[۱۵] از نوع آلومینیوم-برنز می­باشد. این نوع آب­بند­ها در عمل تا فشار bar3800 به خوبی عمل می­ کنند و حتی در کار­های پژوهشی تا فشار bar5900 نیز مورد استفاده قرار می­گیرد. در صورتی که عمر طولانی مورد نظر باشد فشار کارکرد مناسب، bar3500 می­باشد.
شکل ‏۲‑۱۴- نوعی آب­بند پین­دار برای فشار بسیار قوی [۱۴]
شکل ‏۲‑۱۵ نوع دیگری از آب­بند­های دینامیکی فشار بسیار قوی را که بر اساس طرح بریجمن کار می­ کند، نشان می­دهد. با سفت کردن مهره­ی سفت­کننده، فشار اولیه در پکینگ لاستیکی ایجاد می­ شود درنتیجه، موجب فشرده شدن بوش آب­بند روی میله می­ شود و آب­بندی اولیه را ایجاد می­ کند. با افزایش فشار درون سیلندر، فشار موجود در پکینگ لاستیکی زیاد­تر می­ شود. از طرفی به دلیل وجود سطح جبران نشده­ی فشار، فشار ایجاد شده در پکینگ لاستیکی خیلی بیش­تر از فشار داخلی سیلندر است، بنابراین آب­بندی سیال را تضمین می­ کند. جنس بوش آب­بند از آلومینیوم-برنز است. وجود رینگ­های گوشه از تزریق پکینگ لاستیک به درون لقی جلوگیری می­ کند و سبب می­ شود عمر آب­بند افزایش یابد. فشار تماسی بین بوش آب­بند و میله از سمت داخل به خارج از قسمت فشار قوی، از فشار عملکرد سیستم تا صفر تغییر می­ کند و فشار خارجی بوش تا انتهای پکینگ لاستیکی بیش از فشار سیستم است که با انتخاب سطح جبران نشده­ی فشار، مقدار آن را می­توان کنترل کرد. با مقدار بهینه برای ابعاد بوش و پکینگ که از طریق تجربه تعیین می­ شود، می­توان کم­ترین مقدار نشتی و اصطکاک را حاصل کرد. به طور کلی با کم کردن میزان نشتی، اصطکاک زیاد­تر می­ شود. این نوع آب­بند­ها برای آب­بندی تا فشار حدود bar3000 مناسب هستند.
شکل ‏۲‑۱۵- نوعی آب­بند بوشی برای فشار بسیار قوی [۱۴]
در شکل ‏۲‑۱۶ یک آب­بند دینامیک برای فشار بسیار قوی، بر اساس طرح بریجمن، مشاهده می­ شود. در این طرح، آب­بند از یک رینگ پیشانی ۷، پکینگ ۶، رینگ تکیه­گاه ۴ و مهره­ی سفت­کننده ۲ تشکیل شده است که، روی میله ۱ و در محفظه ۳ قرار گرفته­اند. وجود فضای خالی ۵ سبب ایجاد سطح جبران نشده­ی فشار می­ شود. با سفت کردن مهره­ی سفت­کننده، آب­بندی اولیه ایجاد می­ شود و سپس با اعمال فشار سیال، فشار درون پکینگ به بیش از فشار داخلی می­رسد. در نتیجه عمل آب­بندی در فشار بالا نیز کامل می­ شود. جنس مواد پکینگ از فلوئوروپلاستیک، فلوئورون، گرافیلن و یا پلی کلراین- وینیل انتخاب می­ شود و رینگ­های پیشانی و تکیه گاه و مهره­ی سفت­کننده از فولاد­های آبکاری شده با استحکام بالا ساخته می­ شود. از این آب­بند­ها می­توان برای آب­بندی تا فشار bar20000 نیز بهره برد.
شکل ‏۲‑۱۷ نوعی از آب­بند­های دینامیک میله را که بر اساس طرح بریجمن کار می­ کند، نشان می­دهد که برای فشار قوی مناسب می­باشد. در این آب­بند یک رینگ فولادی ۶ وجود دارد که رینگ­های داخلی و خارجی ۲، ۳، ۴، ۵ روی آن سوار می­شوند. رینگ­های داخلی و خارجی ۲ فولادی، رینگ­های ۳ و ۵ مسی و رینگ­های داخلی و خارجی ۴ از جنس مواد فلوئوروپلاستیک و نظایر آن ساخته می­شوند. مجموعه­ رینگ­ها در محفظه­ی آب­بند ۷ روی میله ۸ قرار می­گیرند و با مهره­ی سفت­کننده، سفت می­شوند. وجود فضای خالی بین رینگ­های داخلی و خارجی ۲، سطح جبران نشده­ی فشار را ایجاد می­ کند. با سفت کردن اولیه­ مهره، آب­بندی اولیه حاصل می­ شود و با افزایش فشار سیال، فشاری بیش از فشار سیال در آب­بند ایجاد می­ شود که سبب می­ شود آب­بندی کامل شود. آب­بند پس از مدتی کار کردن دچار سایش می­ شود و لازم می­ شود که مهره مجدداً سفت شود.
شکل ‏۲‑۱۶- نوعی آب­بند رینگی برای فشار بسیار قوی [۱۴]
شکل ‏۲‑۱۷- نوعی آب­بند رینگی برای فشار بسیار قوی [۱۴]
شکل ‏۲‑۱۸ نوعی آب­بند دینامیک میله، برای فشار بسیار قوی را نشان می­دهد که بر اساس طرح بریجمن کار می­ کند. این آب­بند در انتهای پیستون نصب می­ شود. میله ۳ و واشر ۴ از فولاد بسیار سخت ساخته شده ­اند. زاویه­ی مخروطی واشر ۴ حدود °۱۵۰-°۱۴۰ درجه می­باشد. فشار هیدرولیک روی میله اعمال می­ شود، نیروی حاصل از این فشار را سطح پکینگ­های ۵ و ۶ که سطح آن­ها کوچک­تر از سطح سر میله است، تحمل می­ کنند در نتیجه عمل آب­بندی به خوبی صورت می­گیرد. با پیچاندن میله ۳ و مهره ۲ می­توان آب­بندی اولیه را ایجاد کرد.
شکل ‏۲‑۱۹ نوع دیگری از آب­بند­های دینامیک میله را برای فشار بسیار قوی نشان می­دهد، که بر اساس طرح بریجمن کار می­ کند.
شکل ‏۲‑۱۸- نوعی آب­بند پیستون مخروطی برای فشار بسیار قوی [۱۴]
شکل ‏۲‑۱۹- نوعی آب­بند پیستون رینگی برای فشار بسیار قوی [۱۴]
در این­جا لازم است به نکته­ای در مورد آب­بند­های پیستون که بر اساس طرح بریجمن کار می­ کنند، اشاره کرد. چون در این آب­بند­ها فشار ایجادشده در پکینگ به میزان درخور توجهی بیش از فشار سیال است و همین فشار به سیلندر فشارقوی وارد می­ شود، در صورت طراحی نادرست ممکن است فشار تماسی به حدی برسد که موجب تسلیم جداره­ی داخل سیلندر شود (حتی در مورد سیلندر­های فولادی با استحکام بسیار بالا)، بنابراین سطح دقیق و پولیش شده داخل سیلندر بعد از اولین بارگذاری دچار ازدیاد قطر می­ شود و در نتیجه آب­بندی مختل می­ شود. در این صورت یک سری عملیات اصلاحی مجدد باید روی سطح داخلی سیلندر اجرا شود تا آماده­ی بهره‌برداری شود [۱۴].
فصل سوم
پلیمر­ها و خواص مکانیکی آن­ها
مقدمه
پلیمر­ها مولکول­های مصنوعی بلندی هستند که از اتصال و به هم پیوستن هزاران واحد کوچک مولکولی، موسوم به منومر[۱۶] تشکیل شده ­اند. روش اتصال مولکول­ها به یک­دیگر را پلیمره شدن[۱۷] می­نامند و تعداد این واحد­های کوچک مولکولی در زنجیر دراز به درجه­ پلیمر شدن[۱۸] موسوم است. با تغییر اندازه­ مولکول، ویژگی­های پلیمر هم تغییر می‌کند. نقطه­ی ذوب، استحکام و خصوصیات فیزیکی دیگر پلیمر، تابع اندازه و ابعاد مولکول (طول زنجیر) می‌باشد. نام­گذاری بسیاری از پلیمر­ها تنها با افزودن پسوند پلی[۱۹] به نام منومر مربوط به دست می ­آید. به عنوان مثال، پلیمر­های پلی­پروپیلن[۲۰] و پلی­استایرن[۲۱] به ترتیب از منومر­های پروپیلن و استایرن به دست آمده است.
ساختمان پلیمر­ها با مولکول­های بسیار دراز زنجیرگونه با ساختمان فلزات کاملاً متفاوت است. مواد طبیعی مانند ابریشم، قیر طبیعی، کشسان­ها و سلولز دارای چنین ساختمان مولکولی هستند. البته تا قرن نوزدهم میلادی که، کوشش­هایی برای تهیه­ مواد پلیمری مصنوعی آغاز و منجر به ساخت سلولز شد، کار مهمی انجام نشده بود. این ماده­ پلیمری جدید به نام مخترعش، الکساندر پارکس[۲۲]، پارکساین[۲۳] نامیده شد و گر چه قابل ارائه به بازار مصرف نبود اما بعد از مدتی به ساخت سلولویید[۲۴] منتهی شد. در اوایل قرن بیستم میلادی توجه زیادی به مواد پلیمری مصنوعی جدید معطوف شد. در سال ۱۹۰۹ میلادی فنل فرم آلدیید[۲۵] موسوم به باکلیت[۲۶] ساخته شد؛ طی جنگ جهانی دوم، موادی مثل نایلون[۲۷]، پلی­اتیلن[۲۸] و اکریلیک[۲۹] موسوم به پرسپکس[۳۰] به دنیا عرضه شد.
به طور کلی می­توان مواد پلیمری را به صورت زیر دسته­بندی کرد (شکل ‏۳‑۱):
شکل ‏۳‑۱- دسته­بندی مواد پلیمری
در ادامه توضیحاتی در مورد الاستومر­ها و پلاستیک­ها ارائه می­ شود [۱۵].
الاستومر­ها[۳۱]
کشسان­های رایج یکی دیگر از اعضای خانواده­ی پلیمر­ها هستند زیرا از مولکول­های دراز زنجیرگونه تشکیل شده ­اند. این زنجیر­ها به صورتی نامنظم، پیچ خورده و به هم تابیده هستند. از این رو، انعطاف­پذیری بالایی را به ماده داده و امکان تغییر شکل زیادی را فراهم می­ کنند. کشسان­ها در حالت خام و پخت نشده[۳۲]، پس از تغییر شکل زیاد قابلیت برگشت به حالت اولیه را به طور کامل ندارند؛ زیرا مولکول­ها از میان یک­دیگر به صورتی غیر قابل بازگشت می­لغزند. برای جلوگیری از این لغزش مولکولی، آن­ها را به روش ویژه­ای موسوم به گوگردی کردن[۳۳] پخت[۳۴] می­ کنند. بدین ترتیب، مولکول­ها با پیوند­های عرضی به یک­دیگر متصل شده، به صورت شبکه در می­آیند. این پیوند­های عرضی هیچ تاثیری بر بی­نظمی اولیه­ موجود در ساختمان مولکولی کشسان، اعم از گلوله­ای شکل بودن یا پیچ و تاب­های موجود در آن ندارند و هنگامی که کشسان را تحت تغییر شکل قرار دهیم، مولکول­ها کشیده شده و گسترده و باز می­شوند اما روی یک­دیگر نمی­لغزند. لذا وقتی نیروی اعمال شده برای ایجاد تغییر شکل را بر می­داریم، کشسان فوراً به حالت اولیه­ خود باز می­گردد. کشسان­ها به عملیات آرام و دقیق و هم­چنین انرژی زیاد برای پخت و قالب­گیری نیازمندند.
خاصیت مهم الاستومر­ها، رفتار الاستیکی آن­ها بعد از تغییر شکل در مقابل فشار[۳۵] یا کشش[۳۶] می­باشد. برای مثال ممکن است یک الاستومر ۱۰ برابر طول اولیه­ خود کشیده شود اما بعد از حذف کشش، تحت شرایط محیطی ایده­آل، به شکل و طول اولیه­ خود باز خواهد گشت. علاوه بر این، الاستومر­ها با ویژگی­هایی نظیر استحکام و سفتی بالا[۳۷] تحت تنش­های دینامیکی یا استاتیکی، مقاومت بسیار خوب در برابر سایش، انعطاف­پذیری حتی در درجه حرارت­های کم، نفوذ ناپذیری در مقابل هوا و آب و در بعضی موارد، مقاومت بالا در برابر تورم در حلال­ها و مقاوم بودن در برابر مواد شیمیایی مشخص می­شوند. این خواص در دمای اتاق و دما­های بالا­تر نمایش داده می­شوند و در شرایط آب و هوایی حاد و در جو دارای ازون غنی، این خواص حفظ می­شوند.
الاستومر­ها هم­چنین قابلیت چسبندگی به منسوجات و فلزات را دارند. الاستومر­ها در ترکیب با موادی مانند ریون، پلی آمید، پلی استر یا شیشه با توجه به خواص این عناصر تقویت­کننده، قدرت کششی قابل ملاحظه­ای پیدا می­ کنند. در حالی که قدرت افزایش طول آن­ها کاهش می­یابد. این قابلیت، محدوده­ کاربرد­های کائوچو­ها را به طور قابل ملاحظه­ای افزایش می­دهد. برای مثال، در اتصال الاستومر­ها به فلزات محصولی با ترکیبی از الاستیسیته­ی الاستومر و سختی فلزات حاصل می­ شود.
لاستیک­ها دارای محدوده­ گذر یا انتقال به حالت پلاستیک نیستند، زیرا آن­ها به شبکه ­های سه بعدی تبدیل شده ­اند که از حرکت ماکرو مولکول­های زنجیره­ی مولکولی جلوگیری می­ کنند. بنابراین، این مواد فقط بعد از متحمل شدن بعضی تغییرات ساختاری فیزیکی یا شیمیایی ناشی از فرسودگی، تجزیه، تغییر آرایش مولکولی و یا بعد از ایجاد شکاف فیزیکی یا شیمیایی در اتصال­های عرضی می­توانند به صورت پلاستیکی تغییر شکل یابند.
ماده­ اولیه برای تولید الاستومر­ها، کائوچو می­باشد. حدود از کل کائوچو­های مصرفی جهان، کائوچوی طبیعی (NR) می­باشد و آن به صورت مصنوعی تولید می­ شود. ماده­ خام برای تولید کائوچوی مصنوعی، نفت می­باشد. محدوده­ خواصی که با الاستومر­ها به­دست می ­آید در اصل به انتخاب نوع کائوچو، آمیزه­کاری، فرایند تولید و شکل و طرح محصول بستگی دارد. خواص نهایی محصولات لاستیکی که کیفیت حقیقی الاستومر­ها را نشان می­دهد فقط به واسطه­ آمیزه­کاری مناسب با مواد شیمیایی و دیگر افزودنی­ها و مواد و سیستم ولکانیزاسیون به دست می ­آید. با توجه به نوع و مقدار کائوچو و مواد افزودنی و شیمیایی در یک آمیزه و با توجه به درجه­ ولکانیزاسیون، لاستیک پخت شده با خواص مختلف از جمله سختی، الاستیسیته یا استحکام به دست می ­آید. اما خواص ویژه­ی الاستومر­ها مثل مقاومت آن­ها در برابر روغن، بنزین و فرسودگی در آمیزه­های پخت شده مختلف بدون تغییر باقی می­ماند [١۵] و [١۶].
رفتار مواد الاستیک
معیار مهمی که رفتار مواد الاستیک را مشخص می­ کند میزان تراکم­پذیری آن­هاست. این معیار در لاستیک­ها با نسبت مدول بالک به مدول برشی بیان می­ شود. هر چه این نسبت بالا­تر رود ضریب پواسون بالا رفته در نتیجه تغییر در حجم لاستیک به ازای اعمال فشار­های بالا کم­تر می­ شود تا جایی که می­توان با تقریب خوبی از تغییر حجم صرف نظر کرد. حداکثر مقدار ضریب پواسون برای یک ماده­ ایده­آل ۵/۰ است. معادلات ‏۳‑۱ و ‏۳‑۲ به ترتیب، رابطه­ بین وضریب پواسون و رابطه­ بین مدول الاستیسیته­ی خطی با مدول حجمی () و مدول برشی () را نشان می­ دهند. و به ترتیب نمایان­گر مدول حجمی اولیه و مدول برشی اولیه هستند.

‏۳‑۱

‏۳‑۲

برای مواد تراکم ناپذیر مدول الاستیسیته­ی خطی تقریباً ۳ برابر مدول برشی ماده است.
نمی­ توان گفت که هر چه مدول حجمی یک ماده بیش­تر باشد میزان تراکم­پذیری ماده کم­تر می­ شود، عاملی که تعیین­کننده­ تراکم­پذیر بودن ماده است نسبت مدول حجمی به مدول برشی ماده است. هر چه این نسبت بیش­تر باشد تراکم­پذیری ماده کم­تر می­ شود.
رفتار تنش-کرنش مواد الاستیک
رابطه­ ‏۳‑۲ که مدول الاستیسیته را تعیین می­ کند فقط برای کرنش­های بسیار کوچک (کم­تر از %۵) صادق است و نمی­ توان از این مدول برای کرنش­های بالا­تر استفاده کرد. به عبارت دیگر نمی­ توان از رابطه­ خطی هوک برای بیان رفتار لاستیک­ها استفاده کرد. چرا که نتایج نشان می­دهد لاستیک­ها در منطقه­ تغییر شکل الاستیک به صورت غیرخطی عمل می­ کنند. برای بیان رفتار لاستیک­ها از معادلات انرژی کرنشی استفاده می­ شود. مدلی که رفتار مکانیکی مواد الاستومر را تعیین می­ کند یکتا نبوده و تاکنون مدل­های مختلفی از رفتار آن­ها ارائه شده است. نکته­ای که در تمام مدل­های انرژی کرنشی مشاهده می­ شود، بیان آن­ها بر حسب نامتغیر­های اصلی است (معادله­ ‏۳‑۳). انرژی کرنشی کمیتی اسکالر و نسبت به چرخش جز ماده، تغییر­ناپذیر است.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...