Wat is de openingskracht van een mechanische afdichting?

Openingskracht is een kritische parameter in het ontwerp en de selectie van mechanische afdichtingen. Deze blogpost biedt een diepgaande blik op de factoren die de openingskracht beïnvloeden en bespreekt de berekeningen die nodig zijn om de totale openingskracht voor een mechanische afdichting te bepalen.

We zullen de vier hoofdcomponenten onderzoeken die bijdragen aan de openingskracht: veerkracht, hydraulische kracht, wrijvingskracht en adhesiekracht. Voor elke factor zullen we de onderliggende principes bespreken en gedetailleerde formules en voorbeeldberekeningen geven om te illustreren hoe hun impact op de totale openingskracht kan worden gekwantificeerd.

Wat is openingskracht?

Openingskracht, ook bekend als lift-off kracht, is een kritische parameter in het ontwerp en de werking van mechanische afdichtingen. Het verwijst naar de kracht die nodig is om de sluitkrachten die op de afdichtingsvlakken werken te overwinnen, waardoor ze zich kunnen scheiden en een vloeistoffilm tussen de vlakken kunnen creëren. Deze vloeistoffilm is essentieel voor een goede werking van de afdichting, omdat het direct contact tussen de vlakken voorkomt, slijtage minimaliseert en helpt warmte af te voeren.

Factoren die de openingskracht beïnvloeden

Lente kracht

Veerkracht is een van de belangrijkste componenten van de openingskracht in een mechanische afdichting. Mechanische afdichtingen gebruiken doorgaans veren, zoals schroefveren of balgen, om een constante sluitkracht op de afdichtingsvlakken te bieden. De veerkracht helpt het contact tussen de vlakken tijdens de werking te behouden en compenseert slijtage of thermische uitzetting.

De grootte van de veerkracht hangt af van het veerontwerp, het materiaal en de compressie. Fabrikanten van afdichtingen verstrekken vaak veerkrachtgegevens voor hun producten, die kunnen worden gebruikt bij de berekening van de openingskracht.

Hydraulische kracht

Hydraulische kracht, ook bekend als vloeistofdrukkracht, is een andere belangrijke bijdrager aan de openingskracht. Deze kracht wordt gegenereerd door de vloeistofdruk die op de afdichtingsvlakken werkt. De hydraulische kracht heeft de neiging om de vlakken uit elkaar te duwen, wat de sluitkrachten tegenwerkt en helpt bij de vorming van de vloeistoffilm.

De grootte van de hydraulische kracht hangt af van de vloeistofdruk, de geometrie van de afdichtingsvlakken en de balansverhouding van de afdichting. De balansverhouding is een ontwerpparameter die de verhouding van de zegel gezicht gebied dat onderhevig is aan de vloeistofdruk.

Wrijvingskracht

Wrijvingskracht is een weerstandskracht die de relatieve beweging tussen de afdichtingsvlakken tegenwerkt. Bij mechanische afdichtingen ontstaat wrijvingskracht door het contact tussen de roterende en stationaire afdichtingsvlakken. Deze kracht is afhankelijk van de oppervlakteafwerking, materiaaleigenschappen en de contactdruk tussen de vlakken.

Wrijvingskracht draagt bij aan de sluitkracht in een mechanische afdichting. De grootte van deze kracht moet worden overwonnen door de openingskracht om een goede werking van de afdichting te verkrijgen.

Adhesiekracht

Adhesiekracht, ook wel stictiekracht genoemd, is een aantrekkingskracht die ontstaat tussen de afdichtingsvlakken wanneer ze in nauw contact zijn. Deze kracht is het resultaat van moleculaire interacties, zoals van der Waals-krachten, en wordt beïnvloed door de oppervlakte-eigenschappen en de aanwezigheid van verontreinigingen of vloeistoffilms.

De hechtkracht kan bij bepaalde toepassingen aanzienlijk zijn, vooral wanneer de afdichtingsvlakken zeer gepolijst zijn of wanneer er met viskeuze vloeistoffen wordt gewerkt.

Openingskracht berekenen

Veerkrachtberekening

De veerkracht (F_S) wordt berekend met behulp van de wet van Hooke:

F_S = k × x

Waar:

• k is de veerconstante (N/m)
• x is de veercompressie (m)

Voorbeeld:

• Veerconstante (k) = 10.000 N/m
• Veercompressie (x) = 0,005 m

F_S = 10.000 N/m × 0,005 m = 50 N

Hydraulische krachtberekening

De hydraulische kracht (F_H) wordt berekend met behulp van de volgende formule:

F_H = P × A × B

Waar:

• P is de vloeistofdruk (Pa)
• A is het oppervlak van het afdichtingsvlak (m²)
• B is de balansverhouding (eenheidloos)

Voorbeeld:

• Vloeistofdruk (P) = 1.000.000 Pa (10 bar)
• Afdichtingsoppervlak (A) = 0,0001 m²
• Balansverhouding (B) = 0,8

F_H = 1.000.000 Pa × 0,0001 m² × 0,8 = 80 N

Berekening van wrijvingskracht

De wrijvingskracht (F_F) wordt berekend met behulp van de volgende formule:

F_F = μ × F_C

Waar:

• μ is de wrijvingscoëfficiënt (eenheidloos)
• F_C is de sluitkracht (N), die de veerkracht en eventuele andere sluitkrachten omvat

Voorbeeld:

• Wrijvingscoëfficiënt (μ) = 0,1
• Sluitkracht (F_C) = 100 N (inclusief de eerder berekende veerkracht)

F_F = 0,1 × 100N = 10N

Schatting van hechtingskracht

Hechtingskracht (F_A) is moeilijk nauwkeurig te berekenen, omdat het afhankelijk is van verschillende factoren zoals oppervlakte-eigenschappen, vloeistofeigenschappen en omgevingsomstandigheden. In de praktijk wordt de hechtingskracht vaak geschat op basis van experimentele gegevens of empirische formules.

Voor dit voorbeeld gaan we uit van een geschatte adhesiekracht van 5 N.

F_A = 5N

Totale openingskracht

De totale openingskracht (F_O) is de som van de hydraulische kracht en de adhesiekracht, minus de veerkracht en de wrijvingskracht:

F_O = V_H +V_A - F_S - F_F

Gebruik de waarden uit de vorige voorbeelden:

• Hydraulische kracht (F_H) = 80N
• Hechtingskracht (F_A) = 5N
• Veerkracht (F_S) = 50N
• Wrijvingskracht (F_F) = 10N

F_O = 80 N + 5 N – 50 N – 10 N = 25 N

In dit voorbeeld bedraagt de totale openingskracht 25 N. Deze waarde geeft de minimale kracht aan die nodig is om de sluitkrachten te overwinnen en een vloeistoffilm tussen de afdichtingsvlakken te creëren.