Уплътняване при трудни за уплътняване приложения за работа с течност

Твърде често ограничаващият фактор в работата на механична система или система за обработка на течности са уплътненията. Можем да проектираме оборудване, което да се справя с екстремно налягане, температура, корозивни химикали или други тежки среди, само за да открием, че не можем да ги запечатаме при тези екстремни стойности. Станете свидетел на две от най-големите технологични злополуки на 20-ти век, експлозията на космическата совалка Challenger и аварията в атомната електроцентрала Three Mile Island. И двата инцидента са причинени от повреда на уплътнението. Модерният, правилен дизайн на уплътнението би могъл да предотврати възникването на тези два инцидента.

Инженерите-конструктори рядко мислят за този евтин малък пръстен, когато проектират своите системи за обработка на течности, но това ниско уплътнение, често просто обозначено на чертежа с X, може да промени или развали техния дизайн. Днешните петролни кладенци са по-дълбоки, самолетите и ракетите са по-бързи, а допустимите обвивки са по-малки, така че с нарастването на температурите, наляганията, скоростите и други работни параметри гуменият уплътнителен пръстен вече не може да се справи с нарастващите изисквания на модерното оборудване.

Още през 40-те години на миналия век ранните хидравлични системи на самолетите разполагаха с хидравлична помощ от 1500 psi на контролите, въведени единствено от пилота, о-пръстенът можеше лесно да се справи с нуждите от задържане на течности. В днешните проекти компютърът управлява контролите с до четири отделни движения в секунда, а налягането е 8000 psi. Това голямо налягане повишава и температурите над 300 F. Гуменото уплътнение просто няма да живее в тази среда.

Двете основни предимства на използването на каучук са, че те се приспособяват лесно към повърхностните неравности на повърхността, към която се запечатва, така че е необходимо сравнително ниско контактно налягане, за да се постигне надеждно уплътнение. Второто предимство на гумата е, че самата компресия на уплътнението служи като пружина, за да компенсира износването и деформацията на уплътнението. Това означава уплътнение от едно парче, от един материал, което може да свърши работата доста добре в приложения, които не претоварват материала.

При по-високи налягания, температури или работни скорости трябва да се използва нееластомерен полимер. Най-често срещаният е PTFE (тефлон), въпреки че рядко се използва в ненапълнена форма. Обикновено се пълни с различни инертни пълнители, като въглерод, стъкло или минерали, за да се приспособят неговите характеристики за задържане на налягане и износване. Понякога други полимери се добавят към PFTE за създаване на полимерни сплави, за да се подобри още повече производителността.

Тъй като те не са еластомерни, трябва да се използват някакви механични средства, за да се поддържат полимерните уплътнителни пръстени в контакт със запечатаната повърхност с достатъчно налягане, за да се предотврати изтичане. При приложения с умерено натоварване, като тип II, хидравлика на самолети от клас 2 (3500 psi, 275F макс.), могат да се използват гумени о-пръстени или други форми за захранване на полимерните уплътнителни пръстени. Ако приложението е по-тежко, като например при 5000 psi, 400F нефтени клапани, гумата не е в състояние да запази характеристиките си, така че обикновено се използва метална пружина. Това може да приеме много форми в зависимост от нуждите на приложението, но обикновено е неръждаема стомана или, ако се очакват силно корозивни среди, една от модерните никелови суперсплави като Hastelloy, Elgilloy, Inconel или подобни.

Правилният дизайн на уплътнението, като се използват изчисления на контактното налягане, скоростта на пружината, износването на уплътнението и способността за издържане на налягане, е сложна наука, но може да превърне неуспешния дизайн в изключително успешен. Тази жизненоважна част от технологията трябва да бъде включена във всяко ново оборудване, използващо флуидна мощност или флуиден контрол, за да помогне за предотвратяване на бъдещи злополуки като космическата совалка Challenger и Three Mile Island.

Empfohlene Artikel

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert