Τεχνολογία Σφράγισης και Επιλογές Υλικών στα Υδραυλικά Συστήματα

Η στεγανοποίηση είναι κλειδί για την απρόσκοπτη λειτουργία ενός υδραυλικού συστήματος. Κάθε διαρροή λαδιού από τον κύλινδρο ή το έμβολο, ή οποιαδήποτε είσοδος σκόνης/ρύπων εντός του συστήματος, θα μειώσει τη διάρκεια ζωής ολόκληρου του συστήματος και θα μειώσει την απόδοσή του.

Για να αποτραπεί η διαρροή λαδιού προς τα έξω και η είσοδος ρύπων, η βιομηχανία έχει αναπτύξει πολλά διαφορετικά στεγανοποιητικά μέσα, τεχνικές και μεθόδους. Καθεμία από αυτές έχει τα δικά της πλεονεκτήματα. Σε ορισμένες απαιτητικές εφαρμογές, ένα μόνο στεγανοποιητικό μέσο ενδέχεται να μην είναι επαρκές, γι’ αυτό οι μηχανικοί χρησιμοποιούν ολοκληρωμένα συστήματα στεγανοποίησης.

Επιλογή και χρήση συστημάτων στεγανοποίησης

Ένα σύστημα σφράγισης αποτελείται συνήθως από διάφορα ειδικά σφραγιστικά που λειτουργούν από κοινού για να παρέχουν εξαιρετική συνολική απόδοση. Ένα σύστημα σφράγισης κυλίνδρου υψηλής πίεσης περιλαμβάνει συνήθως τέσσερα μέρη: έναν καθαριστήρα (wiper), ένα σφραγιστικό ράβδου (ή κύριο σφραγιστικό), ένα σφραγιστικό απορρόφησης (ή δευτερεύον σφραγιστικό) και έναν οδηγό δακτύλιο.

Τα τέσσερα υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα πιο συχνά στα υδραυλικά σφραγιστικά είναι το πολυουρεθάνιο (PU), το νιτρίλιο-καουτσούκ (NBR), το φθοροκαουτσούκ (FKM) και το PTFE.

Πώς να επιλέξετε το κατάλληλο υλικό

Η επιλογή του υλικού εξαρτάται από τις συνθήκες λειτουργίας. Διαφορετικά χημικά αντιδρούν

διαφορετικά με κάθε υλικό, ενώ ορισμένα μπορούν να αντέχουν υψηλότερη πίεση ή θερμοκρασία. Το υλικό πρέπει επίσης να αντιστέκεται στον εκθλιπτικό μηχανισμό παραμόρφωσης. Ως εκ τούτου, η σωστή επιλογή εξαρτάται πάντα από τη συγκεκριμένη εφαρμογή.

Παρακάτω αναφέρονται τα πιο συνηθισμένα υλικά σφράγισης και οι ιδιότητές τους.

1. Πολυουρεθάνιο (PU)

Το πολυουρεθάνιο είναι ένα ισχυρό πλαστικό υλικό με πολλές ομάδες ουρεθάνιου στη χημική του δομή. Αποτελεί ένα είδος θερμοπλαστικού ελαστομερούς. Συμπεριφέρεται εν μέρει ως σκληρό πλαστικό και εν μέρει ως ελαστικό, καλύπτοντας έτσι το κενό μεταξύ των δύο.

Οι ιδιότητές του προέρχονται από τρία κύρια συστατικά: πολυολ, διισοκυανικό και επεκτατικό αλυσίδας. Ο τύπος και η ποσότητα καθενός από αυτά, καθώς και ο τρόπος με τον οποίο αντιδρούν, καθορίζουν την τελική απόδοση. Το πολυουρεθάνιο παρέχει συνήθως:

· Υψηλή μηχανική αντοχή

· Υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό

· Πολύ καλή αντίσταση στη φθορά

· Εξαιρετική ελαστικότητα

· Δυνατότητα ρύθμισης της σκληρότητας σε ευρύ φάσμα

· Ευρύ εύρος σκληρότητας, ενώ παραμένει ελαστικό

· Καλή αντίσταση στο όζον και στη γήρανση

· Εξαιρετική αντίσταση στη φθορά και στην οπή

·Καλή αντίσταση σε λάδια και βενζίνη

Εύρος θερμοκρασιών: -30 έως 80 °C. Ειδικοί τύποι υψηλής απόδοσης μπορούν να αντέχουν για μεγάλο χρονικό διάστημα θερμοκρασίες έως 110 °C σε μεταλλικό λάδι.

2. Καουτσούκ Νιτριλίου (NBR)

Το NBR παράγεται από βουταδιένιο και ακρυλονιτρίλιο. Η ποσότητα ακρυλονιτριλίου (ACN) επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητές του:

·Ελαστικότητα

·Αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες

·Διαπερατότητα αερίων

·Παραμόρφωση υπό συμπίεση

·Αντίσταση σε διόγκωση από μεταλλικό λάδι, λιπαντικά και καύσιμα

Το NBR με χαμηλή περιεκτικότητα ACN είναι εξαιρετικά εύκαμπτο σε χαμηλές θερμοκρασίες (έως περίπου -45 °C), αλλά παρουσιάζει μόνο μέτρια αντίσταση σε λάδια και καύσιμα. Το NBR με υψηλή περιεκτικότητα ACN προσφέρει την καλύτερη αντίσταση σε λάδια και καύσιμα, αλλά ενδέχεται να

παραμένει εύκαμπτο μέχρι -3℃. Καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε ακρυλονιτρίλιο (ACN), η ελαστικότητα μειώνεται και η παραμόνιμη παραμόρφωση υπό συμπίεση επιδεινώνεται.

Το NBR διακρίνεται για:

· Αντοχή στη διόγκωση από αλειφατικούς υδρογονάνθρακες, λίπη, πυροσβεστικά υδραυλικά υγρά HFA/HFB/HFC, φυτικές και ζωικές ελαίες, ελαφρά καύσιμα και ντίζελ

· Αντοχή σε ζεστό νερό μέχρι 100℃ (όπως σε εγκαταστάσεις ύδρευσης), ήπια οξέα και αλκάλια

· Μεσαία αντοχή σε καύσιμα με υψηλή περιεκτικότητα σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες

Διογκώνεται σημαντικά σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες, χλωριωμένους υδρογονάνθρακες, πυροσβεστικά υγρά HFD, εστέρες, πολικούς διαλύτες και υγρό φρένων βάσεως γλυκολών.

Εύρος θερμοκρασιών: -40 έως 100℃ (για σύντομο χρονικό διάστημα μέχρι 130℃). Ειδικές συνθέσεις μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασίες ως -55℃. Πάνω από το ανώτατο όριο, το υλικό σκληραίνει.

3. Φθοροελαστομερές (FKM)

Το FKM παράγεται με τη σύνδεση βινυλιδενοφθοριδίου (VF) με διαφορετικές ποσότητες

εξαφθοροπροπυλενίου (HFP), τετραφθοραιθυλενίου (TFE) και άλλων συστατικών. Η σύνθεση και η περιεκτικότητα σε φθόριο (65% έως 71%) καθορίζουν την αντοχή του σε χημικές ουσίες και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Μπορεί να εξανθρακωθεί με διαμίνες, διφαινόλες ή οργανικά υπεροξείδια.

Το FKM είναι γνωστό για:

·Εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες

·Εξαιρετική αντοχή σε λάδι, βενζίνη, υδραυλικό λάδι και διαλύτες υδρογονανθράκων

·Καλή αντίσταση στη φωτιά

·Πολύ χαμηλή διαπερατότητα αερίων

·Υψηλή διόγκωση σε πολικούς διαλύτες, κετόνες, πυροσβεστικά υδραυλικά λάδια τύπου Skydrol και υγρό φρένων

Εύρος θερμοκρασιών: περίπου -20 έως 200 °C (για σύντομο χρονικό διάστημα μέχρι 230 °C). Ειδικές βαθμίδες μπορούν να λειτουργούν από -50 έως 200 °C.

4. Πολυτετραφθοραιθυλένιο (PTFE)

Το PTFE παράγεται από τετραφθοραιθυλένιο. Αυτό το μη ελαστικό υλικό είναι ιδιαίτερο διότι:

·Η επιφάνειά του είναι πολύ λεία και σταθερή

·Δεν είναι τοξικό μέχρι 200 ℃ ·Εξαιρετικά χαμηλή τριβή έναντι σχεδόν οποιασδήποτε άλλης επιφάνειας—η στατική και η δυναμική τριβή είναι σχεδόν ίδιες

·Εξαιρετική ηλεκτρική μόνωση (σχεδόν ανεπηρέαστη από τη συχνότητα, τη θερμοκρασία ή τις καιρικές συνθήκες)

·Καλύτερη αντοχή σε χημικές ουσίες από οποιοδήποτε άλλο πλαστικό ή ελαστικό

·Επιτίθεται μόνο από υγρά αλκαλικά μέταλλα και μερικές ενώσεις φθορίου σε υψηλή θερμοκρασία

Εύρος θερμοκρασιών: -200 ℃ έως 260 ℃. Ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες διατηρεί κάποια ελαστικότητα, γι’ αυτό χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές υπερβολικού ψύχους. Δεδομένου ότι το PTFE δεν είναι πολύ ελαστικό και μπορεί να παραμορφωθεί με τον καιρό, οι περισσότερες υδραυλικές σφραγίδες το συνδυάζουν με ένα ελατήριο ή μερικό από ελαστικό για να διατηρούν σφιχτό το χείλος.

εύρος θερμοκρασιών: -200 ℃ έως 260 ℃. Ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες διατηρεί κάποια ελαστικότητα, γι’ αυτό χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές υπερβολικού ψύχους. Δεδομένου ότι το PTFE δεν είναι πολύ ελαστικό και μπορεί να παραμορφωθεί με τον καιρό, οι περισσότερες υδραυλικές σφραγίδες το συνδυάζουν με ένα ελατήριο ή μερικό από ελαστικό για να διατηρούν σφιχτό το χείλος.

Συνηθισμένα σχέδια σφραγίδων σε υδραυλικούς κυλίνδρους

Παρακάτω αναφέρονται οι πιο συνηθισμένοι τύποι σφραγίδων που χρησιμοποιούνται σε υδραυλικούς κυλίνδρους.

1. Σφραγίδες εμβόλου

·Σφράγιση μεταξύ εμβόλου και σωλήνα κυλίνδρου—εξαιρετικά σημαντική για τη σωστή λειτουργία του κυλίνδρου

·Το πιο συνηθισμένο σχέδιο είναι το σφράγισμα με χείλος, αλλά χρησιμοποιούνται επίσης O-δακτύλιοι ή T-σφραγίδες

·Πρέπει να παρέχει στεγανό σφράγισμα, διατηρώντας όμως χαμηλή τριβή

·Κατασκευάζονται από διαφορετικά υλικά, ανάλογα με την εφαρμογή

·Απαιτεί την πίεση του συστήματος για να πιέσει το χείλος σφιχτά

2. Σκουπίδια (Σφραγίδες Σκόνης)

·Ισχυρή δράση σκούπισματος για να κρατά μακριά λάσπη, νερό, σκόνη και βρωμιά

·Αφαιρούν το λιπαντικό φιλμ και το επαναφέρουν στο σύστημα κατά την ανάσυρση της ράβδου

·Προστατεύουν τις κύριες σφραγίδες και επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής τους

·Κατασκευάζονται συνήθως από πολυουρεθάνη υψηλής αντοχής στη φθορά

·Χρησιμοποιούνται συχνά επίσης ως σφραγίδες λιπαντικού σε άξονες σύνδεσης

3. Σφραγίδες Ράβδου

·Προλαμβάνουν τη διαρροή λαδιού από το σύστημα

·Πρέπει να λειτουργούν αποτελεσματικά τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές πιέσεις

·Απαιτείται εξαιρετική αντοχή στην εξώθηση και στη φθορά

·Πρέπει να επαναφέρουν το λαδόφιλμ στο σύστημα

·Συνήθως αντέχουν πιέσεις μέχρι 31,5 MPa

4. Σφραγίδες Απόσβεσης

·Αντέχουν αιφνίδια υψηλά κρούσματα πίεσης

·Προστατεύουν τη σφραγίδα ράβδου από αιφνίδιες αυξήσεις πίεσης

·Μπορούν να απελευθερώνουν εγκλωβισμένη πίεση μεταξύ των σφραγίδων, γεγονός που επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της σφραγίδας ράβδου και επιτρέπει μεγαλύτερο κενό χωρίς εξώθηση. Είναι επίσης πολύ ανθεκτικές στη φθορά.

5. Δακτύλιοι Καθοδήγησης (Δακτύλιοι Φθοράς)

·Αποτρέπουν τα μεταλλικά εξαρτήματα εντός του κυλίνδρου από το να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους

·Διατηρούν τον έμβολο ράβδο και τον έμβολο στο κέντρο

·Βοηθούν τα σφραγιστικά να διαρκούν περισσότερο

6. Δακτύλιοι O-σχήματος

·Οι πιο συνηθισμένοι για στατικές (μη κινούμενες) σφραγίδες

·Σφραγίζουν με την ακτινική ή αξονική συμπίεσή τους

·Λειτουργούν και στις δύο κατευθύνσεις

·Μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε ως παροχείς δύναμης είτε ως κύρια σφραγίδα

·Αυτοσφραγιζόμενοι — δεν απαιτείται επιπλέον πίεση ή ταχύτητα

Η τεχνολογία σφράγισης αποτελεί τον πυρήνα της αξιοπιστίας, της μεγάλης διάρκειας ζωής και της απόδοσης των υδραυλικών συστημάτων. Από την επιλογή του κατάλληλου μονούλικού υλικού μέχρι τον σχεδιασμό ενός πλήρους πολυσυστατικού συστήματος, κάθε επιλογή πρέπει να αντιστοιχεί ακριβώς στις συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης, θερμοκρασίας και λειτουργίας.