Tehnologia de etanșare și alegerile de materiale în sistemele hidraulice

Etanșarea este esențială pentru funcționarea corectă a unui sistem hidraulic. Orice scurgere de ulei din cilindru sau piston, sau orice impuritate care pătrunde în interior, va reduce durata de viață a întregului sistem și va diminua eficiența acestuia.

Pentru a preveni scurgerea uleiului și pătrunderea impurităților, industria a dezvoltat numeroase tipuri de etanșări, tehnici și metode. Fiecare dintre acestea are propriile avantaje. În unele aplicații dificile, o singură etanșare poate să nu fie suficientă, astfel încât inginerii folosesc un sistem complet de etanșare.

Alegerea și utilizarea sistemelor de etanșare

Un sistem de etanșare este de obicei format din mai multe sigilii speciale care lucrează împreună pentru a oferi o performanță generală excelentă. Un sistem de etanșare pentru cilindri de înaltă presiune are, de obicei, patru componente: un raclet, o sigiliu pentru tijă (sau sigiliu principal), o sigiliu tampon (sau sigiliu secundar) și un inel de ghidare.

Cele patru materiale utilizate cel mai frecvent în sigilii hidraulice în prezent sunt poliuretanul (PU), cauciucul nitrilic (NBR), cauciucul fluorat (FKM) și politetrafluoroetilena (PTFE).

Cum să alegeți materialul potrivit

Alegerea materialului depinde de condițiile de funcționare. Substanțele chimice diferite reacționează

în mod diferit cu fiecare material, iar unele pot rezista la presiuni sau temperaturi mai ridicate. Materialul trebuie, de asemenea, să reziste deformării prin extrudare. Alegerea corectă depinde întotdeauna de sarcina exactă.

Iată cele mai frecvente materiale pentru etanșare și domeniile în care se remarcă.

1. Poliuretan (PU)

Poliuretanul este un material plastic rezistent, care conține numeroase grupări uretan în structura sa chimică. Este un tip de elastomer termoplastic. Se comportă parțial ca un plastic rigid și parțial ca o cauciuc, acoperind astfel diferența dintre cele două.

Proprietățile sale provin din trei ingrediente principale: poliol, diizocianat și extensor de lanț. Tipul și cantitatea fiecărui ingredient, precum și modul în care acestea reacționează, determină performanța finală. Poliuretanul oferă, de obicei:

· Rezistență mecanică ridicată

· Rezistență la întindere ridicată

· Rezistență foarte bună la uzură

· Flexibilitate excelentă

· Rigiditate ajustabilă pe o gamă largă

· Gamă largă de duritate, păstrând în același timp elasticitatea

· Rezistență bună la ozon și îmbătrânire

· Rezistență excelentă la uzură și rupere

·Rezistență bună la ulei și benzină

Gama de temperaturi: -30 până la 80 °C. Tipurile speciale de înaltă performanță pot rezista până la 110 °C pe perioade lungi în ulei mineral.

2. Cauciuc nitrilic (NBR)

NBR este obținut din butadienă și acrilonitril. Cantitatea de acrilonitril (ACN) modifică în mare măsură proprietățile sale:

·Elasticitate

·Rezistență la temperaturi scăzute

·Permeabilitatea gazelor

·Deformare permanentă sub compresie

·Rezistență la umflare în ulei mineral, grăsimi și combustibil

NBR cu conținut scăzut de ACN este foarte flexibil la temperaturi joase (până la aproximativ -45 °C), dar are doar o rezistență medie la ulei și combustibil. NBR cu conținut ridicat de ACN oferă cea mai bună rezistență la ulei și combustibil, dar poate avea doar

rămâne flexibil până la -3℃. Pe măsură ce conținutul de acrilonitril (ACN) crește, elasticitatea scade și deformarea permanentă prin compresie se agravează.

NBR este potrivit pentru:

· Rezistență la umflare în hidrocarburi alifatice, grăsimi, uleiuri hidraulice ignifuge de tip HFA/HFB/HFC, uleiuri vegetale și animale, combustibil ușor și motorină

· Funcționare cu apă caldă până la 100℃ (de exemplu, în instalații de alimentare cu apă), acizi slabi și baze slabe

· Rezistență medie la combustibili cu conținut ridicat de hidrocarburi aromatice

Se umflă semnificativ în hidrocarburi aromatice, hidrocarburi clorinate, uleiuri ignifuge de tip HFD, esteri, solvenți polari și lichid de frână pe bază de glicol.

Plajă de temperaturi: -40 până la 100℃ (pe termen scurt până la 130℃). Amestecuri speciale pot funcționa până la -55℃ la temperaturi joase. Deasupra limitei, materialul devine rigid.

3. Cauciuc fluorurat (FKM)

FKM este obținut prin combinarea fluorurii de viniliden (VF) cu cantități diferite de

hexafluoropropilenă (HFP), tetrafluoroetilenă (TFE) și alte componente. Compoziția amestecului și conținutul de fluor (65%–71%) determină gradul de rezistență la agenți chimici și la temperaturi joase. Poate fi vulcanizat cu diamine, bisfenoli sau peroxizi organici.

FKM este cunoscut pentru:

·Rezistență excelentă la temperaturi înalte

·Rezistență excepțională la ulei, benzină, ulei hidraulic și solvenți pe bază de hidrocarburi

·Rezistență bună la foc

·Permeabilitate foarte scăzută la gaze

·Umflare ridicată în solvenți polari, cetone, uleiuri hidraulice rezistente la foc de tip Skydrol și lichid de frână

Gama de temperaturi: aproximativ -20 până la 200 °C (pe termen scurt până la 230 °C). Grade speciale pot funcționa între -50 și 200 °C.

4. Politetrafluoroetilena (PTFE)

PTFE este obținută din tetrafluoroetilenă. Acest material neelastic este special deoarece:

·Suprafața sa este foarte netedă și stabilă

·Este netoxic până la 200℃ ·Frecare extrem de scăzută față de aproape orice altă suprafață – frecarea statică și cea dinamică sunt aproape identice

·Izolație electrică excelentă (aproape neafectată de frecvență, temperatură sau condiții meteorologice)

·Rezistență chimică superioară oricărui alt plastic sau cauciuc

·Este atacat doar de metale alcaline lichide și de câteva compuși ai fluorului la temperaturi ridicate

Domaniul de temperaturi: -200℃ până la 260℃. Chiar și la temperaturi foarte scăzute își păstrează o anumită flexibilitate, astfel încât este utilizat în numeroase aplicații extreme de frig.

deoarece PTFE nu este foarte elastic și poate suferi deformare plastică în timp, majoritatea etanșărilor hidraulice îl combină cu un arc sau o piesă din cauciuc pentru a menține buza etanșată.

Tipuri obișnuite de etanșări în cilindrii hidraulici

Iată cele mai frecvente tipuri de etanșări utilizate în cilindrii hidraulici.

1. Etanșări pentru piston

·Etanșează între piston și tubul cilindrului – foarte important pentru funcționarea corectă a cilindrului

·Cel mai frecvent utilizat tip de etanșare este etanșarea cu buza, dar se folosesc și inele O sau etanșări în formă de T

·Trebuie să asigure o etanșare perfectă, menținând în același timp frecarea la un nivel scăzut

·Sunt fabricate din materiale diferite, în funcție de aplicație

·Necesită presiunea sistemului pentru a apăsa buza strâns împotriva suprafeței

2. Tergeri (etanșări anti-praf)

·Acțiune puternică de tergere pentru a împiedica pătrunderea noroiului, a apei, a prafului și a impurităților

·Terge filmul de ulei înapoi în sistem în momentul retraerii tijei

·Protejează etanșările principale și le prelungesc durata de viață

·De obicei sunt fabricate din poliuretan rezistent la uzură

·Sunt utilizate frecvent și ca etanșări cu grăsime pe penele de articulație

3. Segmente de etanșare pentru tijă

·Previne scurgerea uleiului din sistem

·Trebuie să funcționeze eficient atât la presiuni joase, cât și la cele înalte

·Necesită o rezistență excelentă la extrudare și o rezistență ridicată la uzură

·Ar trebui să readucă filmul de ulei în sistem

·De obicei suportă presiuni până la 31,5 MPa

4. Segmente de amortizare

·Absorb șocurile brusc aparute la presiuni înalte

·Protejează segmentul de etanșare pentru tijă împotriva vârfurilor de presiune

·Pot elibera presiunea închisă între segmențe, ceea ce prelungește durata de viață a segmentului de etanșare pentru tijă și permite o deschidere mai mare fără extrudare. De asemenea, sunt foarte rezistente la uzură.

5. Inele ghid (benzi de uzură)

·Previne contactul între piesele metalice din interiorul cilindrului

·Mențin tija pistonului și pistonul centrate

·Contribuie la prelungirea duratei de viață a etanșărilor

6. O-ring-uri

·Cele mai frecvente pentru etanșări statice (nemobile)

·Etanșează prin comprimare radială sau axială

·Funcționează în ambele sensuri

·Pot fi utilizate ca elemente de forță sau ca etanșare principală

·Autoetanșare — nu necesită presiune sau viteză suplimentară

Tehnologia de etanșare este inima fiabilității, duratei de viață lungi și eficienței sistemelor hidraulice. De la alegerea corectă a unui singur material până la proiectarea unui sistem complet cu mai multe componente, fiecare alegere trebuie să corespundă exact presiunii, temperaturii și condițiilor de funcționare.