Кольцо Уиллса

Кольцо Уиллса или кольцо Купера представляет собой цельнометаллическое уплотнительное кольцо. Они используются в чрезвычайно тяжелых условиях эксплуатации, например, для герметизации прокладки головки с высокими эксплуатационными характеристиками поршневого двигателя .

Используются полые металлические кольца Wills, поскольку они имеют лучшую упругость, чем уплотнения из мягкого металла, и более высокие температурные пределы, чем эластомерные уплотнительные кольца.

Строительство

Кольцо Wills представляет собой уплотнительное кольцо в форме полой металлической трубки. Внутри они находятся под давлением газа. ^{[ 1 ]} Преимущества этой конструкции заключаются в том, что кольца могут герметизироваться в широком диапазоне условий. ^{[ 2 ]} Металлическая конструкция делает их устойчивыми к высоким или низким температурам и химическому воздействию. Для обеспечения еще большей совместимости или для герметизации грубо обработанных поверхностей можно наносить более мягкие покрытия. ^{[ 2 ]} Внутреннее давление делает их совместимыми как по требуемому диапазону перемещения, так и по скорости реагирования, которая выше, чем у эластомерных уплотнительных колец. На их изгиб также не влияет температура. ^{[ примечание 1 ]}

Кольца находятся под давлением либо за счет статического газа во время производства, либо могут приводиться в действие давлением за счет давления, приложенного к соединению в процессе эксплуатации. Эти кольца, приводимые в действие давлением, имеют вентиляционные отверстия на стороне давления, обеспечивающие доступ газа. 4 МПа ^{[ примечание 2 ]} предел давления негерметичного кольца превышен на 40 МПа для кольца с внутренним давлением и на 200 МПа или 1000 МПа для форм с внешним давлением. ^{[ 3 ]}

Кольца Wills производятся в пяти основных типах: ^{[ 2 ]}

Полый, с внутренним давлением газа: Высокоэффективное уплотнение, подходящее для экстремальных давлений и сохраняющее герметичность при сбросе давления. ^{[ 3 ]}
Полый, щелевой, с приводом под давлением: Лучшее исполнение пружинистого удара. ^{[ 3 ]}
Полый, вентилируемый: Подходит для даже более высоких давлений, чем форма с прорезями. ^{[ 3 ]}
Полый, без давления: Низкая стоимость и более высокая сила зажима
Твердый: Ограниченная упругость и устойчивость к давлению, они в основном используются в качестве невыделяющего газы металлического уплотнения для использования в вакуумных системах .

Формы с вентиляцией и прорезями обычно имеют вентиляцию внутрь для выдерживания внутреннего давления, но также доступны с внешними вентиляционными отверстиями для использования при высоком внешнем давлении, например, при использовании под водой. ^{[ примечание 3 ]}

Они используются только для статического уплотнения лица, а не для перемещения сальников . Тонкие стенки трубок чувствительны к повреждениям в результате грубого обращения, использования острых инструментов и обжатия во время сборки. Форма, приводимая в действие давлением, считается немного более устойчивой к точечным повреждениям, но более подвержена риску складывания и сдавливания, поскольку во время сборки они не поддерживаются внутренним давлением.

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, определяющим эффективность уплотнения. ^{[ 5 ]} В отличие от канавок для эластомерных уплотнительных колец, ширина и форма канавки не имеют значения, а только глубина. Эта «канавка» даже может стать канавкой или отверстием с открытой стороной, 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 посеребрение различной толщины. ^{[ 5 ]}

Приложения

Прокладки головки блока цилиндров

Одним из наиболее известных применений колец Уиллса под давлением или колец Купера, как они первоначально назывались, является герметизация камеры сгорания поршневых двигателей . ^{[ 5 ]} Они не получили широкого распространения из-за своей высокой стоимости и хороших характеристик других современных прокладок, но им есть место для высокопроизводительных двигателей.

Одним из первых применений в этом случае были гоночные двигатели Coventry Climax . ^{[ 6 ]} Более приземленные двигатели Coventry Climax не нуждались в этих уплотнениях, но они были адаптированы к серийным автомобильным двигателям, таким как Hillman Imp , и когда они были перенастроены для гонок, добавление дополнительных уплотнений этого типа было обычной практикой. ^{[ 4 ]} В некоторых конструкциях Coventry Climax, таких как FWMV V8 , использовался блок открытой палубы с мокрыми гильзами . Они располагались у основания гильзы, а не возле головки блока цилиндров. Таким образом, они были подвержены проблемам из-за дифференциального теплового расширения , что приводило к утечке охлаждающей жидкости, когда блок и гильза расширялись с разной скоростью: особенно когда гильзы сжимались быстрее по мере снижения нагрузки на двигатель. ^{[ 7 ]} Решением этой проблемы было изменение конструкции вкладышей так, чтобы они располагались вверху, что уменьшило расстояние, подверженное расширению. Высокая податливость колец Wills, благодаря их внутреннему давлению, обеспечила надежное уплотнение, даже несмотря на то, что короткое расстояние зажима теперь имело низкую эластичность, и поэтому приложенное усилие зажима со стороны болтов с головкой могло существенно варьироваться.

Расходы

Кольца Wills стоят дороже по сравнению с другими уплотнениями, такими как эластомерные уплотнительные кольца или прокладки головки из металлической фольги. Типичное сравнение – одно кольцо ^{[ примечание 4 ]} стоимость ок. 50 долларов каждый, ^{[ 8 ]} примерно по цене высокоэффективной прокладки головки блока цилиндров для четырехцилиндрового двигателя.

Ссылки

↑ Катастрофа космического корабля «Челленджер» произошла из-за плохой динамической реакции холодных эластомеров.
^ Атмосферное давление составляет примерно 0,1 МПа.
^ Поскольку вакуумные системы развивают максимальный перепад давления в 1 бар, вместо этого они используют формы с внутренним давлением или твердые формы.
^ Качество автоспорта, а не аэрокосмической отрасли.

^ «Кольца Уиллса» . Треллеборг Силинг Солюшнс .
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Уиллс Рингс: обзор» (PDF) . Бусак и Шамбан. Архивировано из оригинала (PDF) 16 сентября 2006 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Кольца Уиллса: Установка» (PDF) . Бусак и Шамбан. Архивировано из оригинала (PDF) 19 сентября 2006 г.
^ Jump up to: ^а ^б Рой Мак Брайд (23 ноября 2010 г.). «Головка блока цилиндров Hillman Imp Wills с кольцом» . ЧКД Лодки.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Кольца Уиллса: Каталог» (PDF) . Бусак и Шамбан. 2004. Архивировано из оригинала (PDF) 2 сентября 2006 г.
^ Уайтлок, Марк (2006). 1½-литровый GP Racing 1961–65 . Издательство Велос. п. 299. ИСБН 184584016X .
^ Хэммилл, Дес (2004). Гоночные двигатели Coventry Climax . Издательство Велос. стр. 113–115. ISBN 978-1-903706-83-1 .
^ «Уиллс звонит по поводу двигателя SOHC Pinto» . Бертон Пауэр.

[3] Катастрофа космического корабля «Челленджер» произошла из-за плохой динамической реакции холодных эластомеров.

[4] Атмосферное давление составляет примерно 0,1 МПа.

[6] Поскольку вакуумные системы развивают максимальный перепад давления в 1 бар, вместо этого они используют формы с внутренним давлением или твердые формы.

[11] Качество автоспорта, а не аэрокосмической отрасли.

[1] «Кольца Уиллса» . Треллеборг Силинг Солюшнс .

[B+S,_Overview-2] Jump up to: ^а ^б ^с «Уиллс Рингс: обзор» (PDF) . Бусак и Шамбан. Архивировано из оригинала (PDF) 16 сентября 2006 г.

[B+S,_Installation-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Кольца Уиллса: Установка» (PDF) . Бусак и Шамбан. Архивировано из оригинала (PDF) 19 сентября 2006 г.

[Hillman_Imp-7] Jump up to: ^а ^б Рой Мак Брайд (23 ноября 2010 г.). «Головка блока цилиндров Hillman Imp Wills с кольцом» . ЧКД Лодки.

[B+S,_Catalogue-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Кольца Уиллса: Каталог» (PDF) . Бусак и Шамбан. 2004. Архивировано из оригинала (PDF) 2 сентября 2006 г.

[9] Уайтлок, Марк (2006). 1½-литровый GP Racing 1961–65 . Издательство Велос. п. 299. ИСБН 184584016X .

[10] Хэммилл, Дес (2004). Гоночные двигатели Coventry Climax . Издательство Велос. стр. 113–115. ISBN 978-1-903706-83-1 .

[12] «Уиллс звонит по поводу двигателя SOHC Pinto» . Бертон Пауэр.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ примечание 1 ]

[ примечание 2 ]

[ 3 ]

[ примечание 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ примечание 4 ]

[ 8 ]