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Linee guida prudenti possono enormemente estendere i cicli di servizio
Quando si progetta una membrana le prime considerazioni riguardano i metodi per allungarne la vita utile.
I fattori che contribuiscono di più ad eventuali rotture della membrana sono:
- Presenza di bordi taglienti
- Abrasione
- Pressioni inverse
- Compressioni circonferenziali
Liscio la strada con corrette parti metalliche
Chiaramente, il primo passo per aumentare la vita delle membrane è un'adeguata progettazione
delle parti metalliche.
La prima ovvia considerazione è l'eliminazione di bave e/o bordi taglienti che possono venire
in contatto con la membrana. Questi difetti possono tagliare e strappare il tessuto
e/o l'elastomero portando ad una rottura prematura della membrana.
Le superfici lisce, le migliori
Non così ovvia è la finitura da dare alle parti metalliche. Quando la pressione è costantemente
applicata e rilasciata la membrana sfrega contro le parti metalliche. Se la superficie delle parti metalliche
è rugosa essa può abradere il tessuto causando una prematura e inaspettata rottura.
Quanto liscio è abbastanza liscio
E' perciò raccomandato che le superfici abbiano una rugosità di 32 micro inches (Ra 0,8 μm)
e di 16 micro inches (Ra 0,4 μm) per applicazioni ad alta frequenza. Sebbene le membrane
non richiedano lubrificazione esse posso essere rivestite con solfuro di molibdeno
prima dell'installazione in modo da ridurre l'abrasione. Inoltre il pistone può essere ricoperto
con Teflon per ridurre l'attrito quando la membrana si muove su di esso,
o con una copertura elastomerica la quale impedisce alla membrana di muoversi eliminandone l'abrasione.
Corretto allineamento e pressione inversa gestibile
La rottura più veloce avviene quando il fianco della membrana viene in contatto con se stessa.
Quando questo accade le due superfici di gomma si agganciano mentre il pistone continua a muoversi.
Questo generalmente accade, quando il fianco della membrana s'incastra tra il pistone
e la parete del cilindro con il conseguente strappo della membrana.
Ci sono generalmente due cause per questo:
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1. |
La prima è l'allineamento tra il pistone e il cilindro. Di solito non c'è problema ad alte pressioni
dove la pressione stessa fa in modo da garantire il centraggio del pistone.
Tuttavia a bassa pressione le forze agenti sul pistone possono spingere il pistone lateralmente
causando il contatto della membrana su se stessa. Questo può essere evitato con una boccola
per il pistone o con altri metodi di tenere il pistone completamente centrato.
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2. |
La seconda causa di rottura della membrana è la pressione inversa.
Generalmente, una membrana può sopportare alti differenziali di pressione in una sola direzione.
Se la pressione diventasse più elevata sul lato dove è prevista la bassa pressione,
il fianco della membrana collasserebbe portandola alla rottura.
Il problema principale della pressione inversa è che si verifica in maniera improvvisa.
L'uso più frequente della membrana è nella chiusura di un attuatore che serve
per la regolazione del volume di gas o di liquidi nella parte superiore ed inferiore
della membrana attraverso una resistenza generata dal movimento della membrana.
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Pressione inversa: attenzione alle strade a senso unico
Con alte pressioni su un lato della membrana
la variazione del volume permette il perfetto funzionamento e rendimento della membrana.
Il problema nasce quando sul lato a bassa pressione della membrana deve essere rimosso il volume
di gas o fluido e sostituito con una nuova carica.
Alleviare la pressione inversa la ventilazione
I condotti di scarico devono essere correttamente dimensionati per permettere a tutto il fluido
di passarci nel tempo impiegato dalla membrana a terminare la sua corsa.
È importante ricordarsi di questo tipo di problema anche quando si simulano delle prove
di accelerazione o più semplicemente, durante i cicli più veloci del dispositivo.
Angoli il pericolo della compressione del fianco
L'ultima causa di rottura è la compressione circonferenziale. Questo è il termine usato per descrivere
la compressione della membrana intorno al pistone, passando dal diametro più largo del cilindro
a quello piccolo del pistone. Come mostrato nello schizzo della membrana sottostante,
una sezione ad anello, mostrato nella vista A, ha un diametro maggiore della stessa sezione dell'anello,
mostrato nella vista B. Nella vista A, la membrana sta rotolando sulla parete del cilindro,
mentre nella vista B, la membrana rotola sul mantello del pistone.
Si nota che l'anello è più piccolo quando la membrana rotola sul mantello del pistone.
Ovviamente, l'anello non varia di dimensione. Come l'anello rotola sul pistone, esso forma una piega
sul fianco, che permette alla membrana di seguire la forma del pistone.
Infatti poiché il tessuto ha una costruzione quadrata (trama e ordito perpendicolari) si originano
delle pieghe in quattro punti.
Minimizzare le possibilità di rottura
La compressione circonferenziale viene spesso individuata col termine "four cornering"
e non è qualcosa che può essere eliminato, ma piuttosto limitato.
Il continuo piegamento sullo stesso punto può provocare una rottura della membrana.
Le strade per ridurre la compressione circonferenziale
Ci sono molti modi per ridurre la compressione circonferenziale. Ognuno ha dei vantaggi e degli svantaggi.
I nostri ingegneri possono aiutarvi nello sceglier la soluzione migliore.
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1. |
Limitare la corsa, limita la tensione
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Il primo è quello di usare solamente la metà superiore della corsa della membrana.
Usando solo metà corsa si limita la sezione del fianco che deve essere compressa intorno
al mantello del pistone. Questa è la sezione del fianco con la più piccola differenza
di circonferenza con il pistone, e si avrà una piega più piccola e non così appuntita.
Il risultato è una maggiore vita della membrana.
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2. |
La doppia curvatura riduce la compressione
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Un altro metodo per ottenere lo stesso risultato e mantenere inalterata la corsa effettiva
della membrana è l'utilizzo della membrana a doppia curvatura.
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Un cappello standard della membrana prevede un fianco che è una linea dritta tangente
alla flangia e al raggio del pistone. Su un cappello a doppia punta il fianco è una linea tangente
al raggio del pistone che corre con un angolo che va dai 45° ai 60°. misurato in un punto posto
al 60% della larghezza di convoluzione. A questo punto alla base il fianco si raccorda
con la flangia mentre nella parte superiore diventa tangente al raggio del pistone.
Questo fa sì che il fianco abbia più angoli usabili durante la convoluzione, i quali a turno
riducono la circonferenza di partenza della convoluzione.
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3. |
La preconvoluzione previene il problema
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Lo stesso risultato può essere ottenuto stampando la membrana con una preconvoluzione
sfalsata rispetto alla flangia. Questo è semplicemente ottenuto stampando la membrana
nella posizione di corsa massima. Questo porta il fianco di lavoro sulla circonferenza
del pistone eliminando virtualmente la compressione circonferenziale.
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L'ultimo metodo è l'utilizzo di un pistone conico. Questo semplicemente incrementa
la circonferenza del pistone e quindi la circonferenza sul fianco. Nonostante il beneficio
nella regolarità della circonferenza, questa è probabilmente la meno desiderabile delle soluzioni
al problema della compressione perché può provocare due reazioni:
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1. |
La variazione della circonferenza risultante dalla rastremazione della curvatura
diminuisce la area di pressione effettiva come aumenta la pressione.
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2. |
La riduzione della convoluzione incrementa la pressione effettiva come diminuisce la pressione
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Questi due problemi devono essere attentamente considerati prima di procedere con una possibile soluzione.
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