Tesniaca technológia a výber materiálov v hydraulických systémoch

Tesnenie je kľúčové pre bezproblémový chod hydraulického systému. Akýkoľvek únik oleja z valca alebo piesta, alebo akýkoľvek prípadný vstup nečistôt dovnútra skráti životnosť celého systému a zníži jeho účinnosť.

Aby sa zabránilo úniku oleja von a vniknutiu nečistôt dnu, priemysel vyvinul množstvo rôznych tesniacich prvkov, techník a metód. Každá z nich má svoje vlastné výhody. V niektorých náročných aplikáciách môže byť jediný tesniaci prvok nedostatočný, preto inžinieri namiesto toho používajú komplexný tesniaci systém.

Výber a používanie tesniacich systémov

Tesniaci systém sa zvyčajne skladá z niekoľkých špeciálnych tesniacich prvkov, ktoré spoločne zabezpečujú vynikajúci celkový výkon. Tesniaci systém vysokotlakového valca sa zvyčajne skladá zo štyroch častí: čistiaceho krúžku (wiper), tesniaceho krúžku na tyči (alebo hlavného tesniaceho krúžku), tlmiaceho tesniaceho krúžku (alebo sekundárneho tesniaceho krúžku) a vodidlá (guide ring). Tesniaci systém piesta sa zvyčajne skladá len z hlavného tesniaceho krúžku a vodidlá.

Štyri najpoužívanejšie materiály v hydraulických tesniacich prvkoch dnes sú polyuretán (PU), akrylonitril-butadiénový kaučuk (NBR), fluoro-kaučuk (FKM) a polytetrafluóretylén (PTFE).

Ako vybrať vhodný materiál

Voľba materiálu závisí od prevádzkových podmienok. Rôzne chemikálie reagujú

s každým materiálom inak a niektoré dokážu vydržať vyšší tlak alebo teplotu. Materiál musí tiež odolávať deformácii spôsobenej stlačením. Preto je správna voľba vždy závislá od presnej povahy úlohy.

Tu sú najbežnejšie tesniace materiály a ich výhodné vlastnosti.

1. Polyuretán (PU)

Polyuretán je pevný plastový materiál obsahujúci v svojej chemickej štruktúre mnoho uretánových skupín. Patrí do skupiny termoplastických elastomérov. Má čiastočne vlastnosti tvrdého plastu a čiastočne vlastnosti gumy, čím vyplňuje medzeru medzi týmito dvoma skupinami materiálov.

Jeho vlastnosti vyplývajú z troch hlavných zložiek: polyolu, diizokyanátu a reťazcového prodlžovača. Typ a množstvo jednotlivých zložiek, ako aj spôsob ich reakcie, určujú konečné vlastnosti materiálu. Polyuretán zvyčajne ponúka:

· Vysokú mechanickú pevnosť

· Vysokú pevnosť v ťahu

· Veľmi dobrú odolnosť proti opotrebovaniu

· Vynikajúcu pružnosť

·Tuhost, ktorú je možné nastaviť v širokom rozsahu

·Široký rozsah tvrdosti pri zachovaní pružnosti

·Dobrá odolnosť voči ozónu a starnutiu

·Vynikajúca odolnosť voči opotrebovaniu a trhaniu

·Dobrá odolnosť voči olejom a benzínu

Rozsah teplôt: –30 až 80 °C. Špeciálne vysokovýkonné typy vydržia dlhodobo až 110 °C v minerálnom oleji.

2. Akrylonitril-butadiénový kaučuk (NBR)

NBR sa vyrába z butadiénu a akrylonitrilu. Množstvo akrylonitrilu (ACN) výrazne ovplyvňuje jeho vlastnosti:

·Pružnosť

·Odolnosť pri nízkych teplotách

·Ako ľahko prechádza plyn cez materiál

·Kompresná deformácia

·Odolnosť voči nafukovaniu v minerálnom oleji, mazive a palive

NBR s nízkym obsahom akrylonitrilu (ACN) je veľmi pružný pri nízkych teplotách (až do približne –45 °C), avšak má iba strednú odolnosť voči olejom a palivám. NBR s vysokým obsahom ACN má najlepšiu odolnosť voči olejom a palivám, avšak môže zostať pružný len do –3 °C.

so zvyšujúcim sa obsahom ACN klesá pružnosť a zhoršuje sa kompresná deformácia.

NBR je vhodný na:

·Odolnosť voči nafukovaniu v alifatických uhľovodíkoch, mazivách, požiarozabrániacich hydraulických olejoch typu HFA/HFB/HFC, rastlinných a živočíšnych olejoch, ľahkom palive a naftovej horľavine

·Použitie v horúcej vode do 100 °C (napr. v potrubných systémoch), mierne kyseliny a zásady

·Stredná odolnosť voči palivám s vysokým obsahom aromatických zlúčenín

V aromatických uhľovodíkoch, chlorovaných uhľovodíkoch, požiarozabrániacich olejoch typu HFD, esteroch, polárnych rozpúšťadlách a glykolych brzdových kvapalinách sa výrazne nafukuje.

Rozsah teplôt: –40 až 100 ℃ (krátkodobo až 130 ℃). Špeciálne zmesi umožňujú prevádzku aj pri teplotách až –55 ℃. Nad tento limit sa materiál stáva tvrdý.

3. Fluórový kaučuk (FKM)

FKM sa vyrába spojením vinylidénfluoridu (VF) s rôznymi množstvami

hexafluorpropylénu (HFP), tetrafluoroetylénu (TFE) a iných prísad. Zloženie zmesi a obsah fluóru (65 % až 71 %) určujú odolnosť voči chemikáliám a nízkym teplotám. Možno ho vulkanizovať diamínmi, bisfenolmi alebo organickými peroxidmi.

FKM je známy týmito vlastnosťami:

· Vynikajúca odolnosť voči vysokým teplotám

· Vynikajúca odolnosť voči olejom, benzínu, hydraulickým olejom a uhľovodíkovým rozpúšťadlám

· Dobrá odolnosť voči horaniu

· Veľmi nízka priepustnosť pre plyny

· Vysoké nádušenie v polárnych rozpúšťadlách, ketónoch, hydraulických olejoch odolných voči horaniu typu Skydrol a brzdovej kvapaline

Rozsah teplôt: približne –20 až 200 ℃ (krátkodobo až 230 ℃). Špeciálne triedy od –50 do 200 ℃.

4. Polytetrafluoroetylén (PTFE)

PTFE sa vyrába z tetrafluoroetylénu. Tento nepružný materiál je špeciálny tým, že:

· Jeho povrch je veľmi hladký a stabilný

· Je netoxický až do teploty 200 ℃ · Extrémne nízka trenie voči takmer akémukoľvek inému povrchu – štatické aj dynamické trenie sú takmer rovnaké

· Vynikajúca elektrická izolácia (takmer neovplyvnená frekvenciou, teplotou ani počasím)

· Lepšia chemická odolnosť ako akýkoľvek iný plast alebo gumový materiál

· Napáda ho len kvapalné alkalickej kovy a niekoľko fluorových zlúčenín pri vysokých teplotách

Rozsah teplôt: –200 ℃ až 260 ℃. Aj pri veľmi nízkych teplotách si zachováva určitú pružnosť, preto sa používa v mnohých aplikáciách za extrémne nízkych teplôt.

keďže PTFE nie je veľmi pružný a postupne sa deformuje pod tlakom (creep), väčšina hydraulických tesnení kombinuje tento materiál so stlačenou pružinou alebo gumovou časťou, aby sa udržal tesniaci okraj pevne pritlačený.

Bežné návrhy tesnení v hydraulických valcoch

Tu sú najčastejšie používané typy tesnení v hydraulických valcoch.

1. Tesnenia piestov

· Tesnenie medzi piestom a valcovou rúrkou – veľmi dôležité pre správnu funkciu valca

· Najčastejšie sa používa tesnenie s ústikom, ale používajú sa aj O-krúžky alebo T-tesnenia

· Musí zabezpečiť tesný uzáver a zároveň udržiavať nízke trenie

· Vyrába sa z rôznych materiálov v závislosti od konkrétneho použitia

· Na stlačenie ústika do tesnej polohy je potrebný tlak v systéme

2. Očistné tesnenia (prachové tesnenia)

· Silný škrabací účinok na odstránenie bahna, vody, prachu a nečistôt

·Odstráňte olejovú vrstvu späť do systému pri zasúvaní tyče

·Chránia hlavné tesnenia a predĺžia ich životnosť

·Zvyčajne sa vyrábajú z polyuretánov s vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu

·Často sa používajú aj ako mazacie tesnenia na spojovacích kolíkoch

3. Tesnenia tyče

·Zabraňujú úniku oleja zo systému

·Musia dobre fungovať pri nízkych i vysokých tlakoch

·Vyžadujú vynikajúcu odolnosť proti extrúzii a opotrebovaniu

·Mali by vrátiť olejovú vrstvu späť do systému

·Zvyčajne vydržia tlaky až 31,5 MPa

4. Ochranné tesnenia

·Zachytávajú náhle výkyvy vysokého tlaku

·Chránia tesnenie tyče pred nárazmi tlaku

·Môžu uvoľniť zachytený tlak medzi tesneniami, čím sa predĺži životnosť tesnenia tyče a umožnia širšiu medzeru bez extrúzie. Sú tiež veľmi odolné voči opotrebovaniu.

5. Vodiace krúžky (opotrebovateľné pásky)

·Zabraňujú dotyku kovových častí vnútri valca

·Udržiavajú stredové polohy tyče piesta a piesta

·Prispievajú k predĺženiu životnosti tesnení

6. O-kruhy

·Najčastejšie používané pre statické (nepohyblivé) tesnenia

·Tesnenie stlačením v radiálnom alebo axiálnom smere

·Pracuje v oboch smeroch

·Môže sa používať ako zdroj sily alebo ako hlavné tesnenie

·Samotesniace – nevyžaduje sa dodatočný tlak ani rýchlosť

Technológia tesnenia je kľúčovým prvkom spoľahlivosti, dlhej životnosti a účinnosti hydraulických systémov. Od výberu vhodného jednotlivého materiálu až po návrh komplexného viacdielneho systému musí každé rozhodnutie presne zodpovedať daným podmienkam tlaku, teploty a prevádzky.