هدف از تعریف نشتی و نشتی قابل قبول برای تجهیزات به خصوص شیرآلات تعریف حداقل و حداکثر کیفیت سطح برای آببند و تعریف تلرانسهای هندسی کاربردی در سطوح آببند، مساحت مورد نیاز سطوح تماسی آببند، استفاده از گریسهای آببند مناسب و در نتیجه اطمینان از فرآیند تولید و رفع عوامل تولید محصولات معیوب و دوباره کاریها، و در نهایت کاهش هزینه های تولیداست.
همچنین اطمینان از حسن عملکرد محصول در دوره گارانتی ، کاهش و یا از بین بردن مشکلات ناشی از بروز عیوب در محصولات در این دوره و نهایتا رضایت مشتری، که در نتیجه بهبود محصول و همچنین مطابقت با نگرانی های زیست محیطی است.
تعریف نشتی قابل قبول
نشتی یک تجهیز با یک سیال مشخص (آب، بخار آب، روغن، سوخت ، دارو، و غیره) که برای آن طراحی شده است و تحت شرایط مشخص ، میبایست برابر یا کمتر از آن میزان باشد.
عوامل موثر در نشت
ویژگی های مسیر (نشت) و خواص سیال عوامل موثر در نشت هستند،(قابل ذکر است فرار گازهای سیال نیز نشتی به شمار میروند).
هر کدام از موارد فوق دارای چند زیر مجموعه است که به شرح زیر است
۱- خواص سیال که جریان را تحت تاثیر قرار میدهند : فشار، دما، و ویسکوزیته
فشار
فشار بیشتر در پشت یک مسیر نشت ممکن است باعث سرعت بخشیدن به جریان سیال شود.
۱۱۱درجه حرارت
برای مایعات، درجه حرارت بالاترموجب تغییر ویژگی های سیال میشود به گونه ای که آن جریان راحت تر و در نتیجه سریع تر میشود. برای سیالات گازی نیز درجه حرارت بالاتر باعث تغییر ویژگی های گاز میشود به طوری که آن جریان را کندتر میکند. در مثال های زیر ویسکوزیته چند سیال ذکر شده و نشان میدهد کاهش دما باعث چه تغییراتی در ویسکوزیته می شود مشخصا مقاومت به جریان سیال در مایعات را افزایش و باعث کاهش آن در گازهای ذکر شده است.
ویسکوزیته
کمیت ویسکوزیته شامل مقاومت داخلی یک مایع نسبت به جریان پیدا کردن است. ویسکوزیته بالاتر نشان دهنده یک مقاومت بیشتر به جریان و ویسکوزیته کم نشان دهنده مقاومت کمتر در مقابل جریان و به احتمال بیشتر نشت و یا جریان در یک نرخ بالاتراست .
نمونه هایی از گرانروی برخی سیالات در دمای اتاق ۷۰º F و درF 200º عبارتند از:
(با توجه به این جدول براحتی میتوان تصور کرد که آب قادر به جریان در منفذهای کوچکی است که نفت سنگین یا گریس توانایی نفوذ را ندارد)
با توجه به این واقعیت استفاده از گریس یا فیلم روغن به عنوان آببند در بخشهای آببندی مفهوم پیدا میکند. نسبت گرانروی بین روغن SAE10 و آب در ۷۰oF تقریبا ۶۸: ۱ است. به عبارت دیگر جریان آب در حدود ۶۸ برابر بیشتر(در واحد حجم) از طریق یک سوراخ از روغن SAE10 است (اگر روغن قادر به جریان در این شرایط باشد).
همان اصل نشان میدهد زمانی که هوا در فشار بسیار پایین (فشارکمتر از ۱ psgi ) قرار دارد ، نشت هوا در حدود ۵۳ برابر بیشتر از آب (در واحد حجم) از طریق همان منفذ است.
۲- ویژگی های منفذ
اگر نشت از عیوب بدنه (ترکها،مکهاو…) را فاکتور بگیریم و فقط نشت از سطوح آببند را بررسی کنیم، کیفیت سطوح آببند، درصد تماس آنها با هم و کشش سطحی میزان نشت را تعیین میکند،
تاثیر کیفیت سطح، سطوح آببند بر آببند کردن
در این شکل بلوک لاستیک (منطقه نقطه چین) در تماس با بستر سخت زیراست زبری در بسیاری از فلس های مختلف اندازه های مختلفی دارد و لاستیک باعث می شود تماس با مشتقات جزئی با بستر در تمام جهات مختلف صورت پذیرد. هنگامی که یک سطح تماس در بزرگنمایی کم مورد مطالعه قرار میگیرد به نظر می رسد تماس کامل رخ داده، اما زمانی که بزرگنمایی افزایش یابد مشاهده میشود که در واقعیت تماس کامل رخ نداده است.
مطالعه رابطه بین لاستیک و سطح مقابل سخت (معمولا یک فلز) در بزرگنمایی های مختلف انجام میشود. در بزرگنمایی کم سطح اتصال کامل برقرار است حال زمانی که ما بزرگنمایی راافزایش میدهیم مشاهده می کنیم زبری سطوح در تماس نمایان میشود به طور کلی، مناطق گپ ما. با افزایش بزرگنمایی، ما بیشتر و بیشتر میشود که نشت از همین فواصل از قسمت پر فشار به سمت قسمت کم فشار رخ میدهد، در اثر همین فواصل که به هم ارتباط پیدا میکنند کانالهایی بوجود میآیند که میتوان آنرا با همان منفذهای موجود در فرمول دبی حجمی که اشاره شد مقایسه کرد.
با توجه به شبیه سازی های کامپیوتری و تجارب عملی میتوان به این نتیجه رسیدکه از نشت جلوگیری میشود اگر فقط ۴۲ درصد از سطوح نشت در همان منطقه با سطح مقابل در تماس باشد. این شکل سطوح تماس یک گسکت آببند در نمای میکروسکوپی است، که تنها ۲۰ درصد آن در تماس است.
حال با توجه به این شواهد میبایست عوامل و متغیرهای قابل اندازه گیری مسیر نشت را مشخص کرد، تا بتوان مقدار نشت را مشخص کرد، این عوامل عبارتند از:
تعیین کوچکترین قطر در مسیر نشت، تعیین طول مسیر نشت از طریق بخشی از مواد عبوری و کشش سطحی از عوامل اصلی نشت بشمار میرود.
کوچکترین قطر منفذ (گلوگاه)
کوچکترین اندازه در مسیر جریان نشت ، اهمیت این مورد انجاست که سرعت جریان از طریق مسیر کنترل میشود و این گلوگاههاهستند که در مسیر تمایل به سد جریان دارند.
کشش سطحی جریان
برای اینکه یک سیال بتواند در یک مسیر مویرگی جریان پیدا کند، فشار مایع باید بیشتر از فشار کشش سطحی باشد.
اگر قطر کوچک شود به اندازه ای کشش سطحی زیاد میشود که از جریان مایع جلوگیری می کند.
طول مسیر
طول مسیر ، جریان را کنترل خواهد کرد چرا که مسیر طولانی تر باعث ایجاد مقاومت بیشتر در برابر جریان خواهد شد.
برای جریان آرام مایع، معادله ی دبی حجمی (QL) بر اساس قطر سوراخ (D) ، طول مسیر (L) ، ویسکوزیته مایع (UL) ، و فشار در سراسر دیواره مسیر (DPL) که منظور تفاضل فشار ابتدا و انتهای مسیر است به این صورت میباشد:
ccm= cubic centimeters per minute
scc/m” or “scc/s” = standard cubic centimeters per minute or second.
مثال: در شرایط ایده آل سرعت جریان آب را از طریق مسیر نشتی با قطر ۰.۰۰۰۴ in با طول مسیر ۱/۱۶in تحت فشار ۱۰۰ psi در ۷۰º F با نادیده گرفتن کشش سطحی و تبخیر ، چقدر است؟
این حدود ۱ قطره آب با قطر ۱/۸ “در ۲.۵ دقیقه است.
برای جریان گاز آرام، معادله ای که مربوط به دبی حجمی به شرح زیر است: (D) قطر سوراخ ، (L) طول مسیر ، (UG) ویسکوزیته گاز ، (DPG) فشار در سراسر دیواره مسیر ،(PA) فشار مطلق در سراسر مسیر نشت
حال اگر نشت جریان هوا از طریق منفذی به قطر ۰.۰۰۰۴ اینچ با طول مسیر ۱/۱۶ اینچ با فشار psi 100 هوا در ۷۰oF رخ دهد.
این معادل ۱۰۰ حباب است با قطر ۱/۸ “در یک دقیقه است که در یک مخزن آب غوطه ور شود.
این فرمول نشان می دهد که اندازه منفذ عامل بسیارمهمی است این اندازه توسط یک عامل با توان چهار تقویت میشود و اینکه کاهش اندازه منفذ تا چه اندازه نقش مهمی در کاهش نشتی دارد.
تنظیم نرخ استاندارد نشت
اولین اصلی که باید درک شود این است که تمام تجهیزات اجازه برخی از نشت ها از طریق آنها در طی یک دوره از زمان را دارند ،از چند گالن مایع در هر دقیقه یا چند مولکول هیدروژن در سال.
. هدف از ایجاد نرخ نشت مجاز ، تعریف حداکثر نشت قابل قبول است که در آن حالت هنوز هم عملکرد تجهیز صحیح است و انتظار مشتری را تامین کند.
هدف دیگر، تعیین سیالات کم هزینه وامن که ویسکوزیته پایین تر از سیال ما دارند برای تست قطعات.
ایجاد یک اندازه کمی برای نرخ نشت
بسیاری از محصولات صنعتی دارای تلرانسی برای نشت هستند که توسط تولید کنندگان استفاده می شود در واقع دارای حداکثر نشتی مجاز هستند.
در جدول زیر به نشتی مجاز برخی تجهیزات اشاره میشود:
تعیین نشتی مجاز برای تجهیزات
برای تعیین نشتی مجاز تجهیزات میبایست عملکرد قطعات مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد،این بررسیها باید در یک بازه زمانی مناسب انجام پذیرد.
در انتخاب میزان نشتی مجاز میبایست هزینه های مرتبط با کم کردن میزان نشتی مجاز را با توجه به کاربرد تجهیز و انتظار مشتری از آن را در نظر گرفت.
بدیهیست میزان نشتی تجهیزات را با سیالهای مختلف ، (آب و هوا) اندازه گرفت تا به این وسیله مقایسه آنها بتوان اندازه کانال نشتی و میزان نشتی را بدست آورد.
