Виллс кольцо или Купер кольцо является формой всего-металлического уплотнительного кольца уплотнения. Они используются для чрезвычайно тяжелых работ, например, для уплотнения прокладки головки цилиндров высокопроизводительных поршневых двигателей .
Полые, металлические кольца Wills используются как они имеют более упругие , чем получают мягкие металлические уплотнения и более высокие температурные пределы , чем эластомерные уплотнительные кольца.
Строительство
Кольцо Wills Ring представляет собой уплотнительное кольцо в виде полой металлической трубки. Они находятся под давлением газа изнутри [1] . Преимущества этой конструкции заключаются в том, что кольца могут уплотняться в широком диапазоне условий. [2] Металлическая конструкция делает их устойчивыми к высоким или низким температурам и химическому воздействию. Могут применяться более мягкие покрытия для обеспечения еще лучшей совместимости или для уплотнения грубо обработанных поверхностей. [2] Внутреннее давление делает их совместимыми как по диапазону требуемого движения, так и по скорости срабатывания, большей, чем у эластомерных уплотнительных колец. Их изгиб также не зависит от температуры. [примечание 1]
Кольца находятся под давлением либо за счет статического газового наполнения во время производства, либо за счет давления, приложенного к соединению в процессе эксплуатации. Эти приводимые в действие давлением кольца имеют вентиляционные отверстия на стороне нагнетания для проникновения газа. Предел давления 4 МПа [примечание 2] для кольца без давления превышается на 40 МПа для кольца с внутренним давлением и на 200 МПа или 1000 МПа для форм с внешним давлением. [3]
Кольца завещания производятся пяти основных типов: [2]
- Полый, с внутренним газовым давлением
- Высокоэффективное уплотнение, подходящее для экстремальных давлений и сохраняющее герметичность при сбросе давления. [3]
- Полый, с прорезью, приводимый в действие давлением
- Лучшее пружинящее действие. [3]
- Полый, вентилируемый
- Подходит даже для более высоких давлений, чем форма с прорезями. [3]
- Полый, без давления
- Более низкая стоимость и более высокое усилие зажима
- Твердый
- Ограниченная упругая отдача и допустимое давление, они в основном используются в качестве не выделяющих газ металлических уплотнений для использования в вакуумных системах .
Вентилируемые и щелевые формы обычно вентилируются внутрь для выдерживания внутреннего давления, но также доступны с внешними вентиляционными отверстиями для использования при высоком внешнем давлении, например, при использовании под водой. [заметка 3]
Они используются только для статического торцевого уплотнения, а не для подвижных сальников . Стенки тонкой трубки чувствительны к повреждению в результате грубого обращения, использования точечных инструментов и обжима во время сборки. Считается, что форма, приводимая в действие давлением, немного более устойчива к точечным повреждениям, но больше подвержена риску складывания и обжима, поскольку они не поддерживаются внутренним давлением во время сборки.
Кольца устанавливаются в обработанные канавки, обычно на одной из сопрягаемых поверхностей. [4] Правильная перпендикулярная глубина этих канавок (а не их ширина или площадь поперечного сечения) является важным фактором, контролирующим характеристики уплотнения. [5] В отличие от канавок для уплотнительных колец из эластомера, ширина и форма канавки не важны, важна только глубина. Эта «канавка» даже может стать канавкой или отверстием с открытыми сторонами, при условии, что эта свободная высота сохраняется. [5]
Кольца Wills изготавливаются из различных тугоплавких металлов, включая нержавеющую сталь и инконель . [5] Также доступны покрытия из ПТФЭ или серебряное покрытие различной толщины. [5]
Приложения
Прокладки ГБЦ
Одним из наиболее известных приложений для Wills под давлением колец, или Cooper колец , как они первоначально были известны, для герметизации камеры сгорания в поршневых двигателях . [5] Они не получили широкого распространения из-за их высокой стоимости и хороших характеристик по сравнению с другими современными прокладками, но им пригодятся высокопроизводительные двигатели.
Одним из первых применений в этом случае были гоночные двигатели Coventry Climax . [6] Более приземленные универсальные двигатели Coventry Climax не требовали этих уплотнений, но они были адаптированы для двигателей серийных автомобилей, таких как Hillman Imp , и когда они были перенастроены для гонок, добавление такого типа дополнительных тюлень. [4] В некоторых конструкциях Coventry Climax, таких как FWMV V8 , использовался открытый блок с мокрыми вкладышами . Они были расположены в основании гильзы, а не рядом с головкой блока цилиндров. Таким образом, они были подвержены проблемам, связанным с дифференциальным тепловым расширением , что приводило к утечке охлаждающей жидкости, когда блок и гильза расширялись с разной скоростью: в частности, когда гильзы сжимались быстрее при снижении нагрузки на двигатель. [7] Решением этой проблемы было изменение конструкции футеровки таким образом, чтобы вместо этого они были расположены вверху, уменьшив расстояние, подверженное расширению. Высокая податливость кольца Виллса благодаря их внутреннему давлению обеспечила надежное уплотнение, даже несмотря на то, что короткое расстояние зажима теперь имело небольшую эластичность, и поэтому прикладываемое зажимное усилие от болтов головки могло существенно различаться.
Расходы
Кольца Wills стоят дорого по сравнению с другими уплотнениями, такими как уплотнительные кольца из эластомера или прокладки головки из металлической фольги. Типичное сравнение - одно кольцо [примечание 4] стоимостью ок. 50 долларов за штуку [8] примерно по цене высокопроизводительной прокладки головки блока цилиндров для четырехцилиндрового двигателя.
Рекомендации
- ^ Катастрофа космического корабля "Челленджер" произошла в результате аварии, вызванной плохой динамической реакцией холодных эластомеров.
- ^ Атмосферное давление составляет примерно 0,1 МПа.
- ^ Поскольку в вакуумных системах максимальный перепад давления составляет 1 бар, вместо них используются твердые или герметичные формы с внутренним давлением.
- ^ Качество для автоспорта, а не для авиакосмической отрасли.
- ^ "Кольца завещания" . Решения Trelleborg по уплотнению .
- ^ а б в «Кольца завещания: Обзор» (PDF) . Бусак и Шамбан. Архивировано из оригинального (PDF) 16 сентября 2006 года.
- ^ а б в г "Кольца завещания: инсталляция" (PDF) . Бусак и Шамбан. Архивировано из оригинального (PDF) 19 сентября 2006 года.
- ^ а б Рой Мак Брайд (23 ноября 2010 г.). "Головка блока цилиндров, покрытая кольцом у Hillman Imp Wills" . CKD Boats.
- ^ а б в г д "Кольца завещания: Каталог" (PDF) . Бусак и Шамбан. 2004. Архивировано из оригинального (PDF) 22 сентября 2006 года.
- ^ Уайтлок, Марк (2006). 1,5-литровый GP Racing 1961–65 . Издательство Велос. п. 299. ISBN 184584016X.
- ^ Хэммилл, Дес (2004). Гоночные двигатели Coventry Climax . Издательство Велос. С. 113–115. ISBN 978-1-903706-83-1.
- ^ "Кольцо завещания для двигателя SOHC Pinto" . Бертон Пауэр.