تست و بالانس آب‌بندهای چرخشی پرسرعت برای اطمینان‌پذیری

من سال‌هاست که با آب‌بندهای چرخشی پرسرعت کار می‌کنم و در این مقاله، روش‌هایی را که برای آزمایش و بالانس آب‌بندها جهت عملکرد قابل اعتماد در تجهیزات چرخشی پرفشار استفاده می‌کنم، خلاصه می‌کنم. من بر شاخص‌های قابل اندازه‌گیری - نرخ نشتی، گشتاور اصطکاکی، افزایش دما، ارتعاش/میزان انحراف و سازگاری مواد - و بر رویه‌های اثبات‌شده بالانس و آزمایش که خطر خرابی را کاهش داده و عمر مفید را افزایش می‌دهند، تمرکز می‌کنم. توصیه‌های زیر توسط مراجع صنعتی از جمله استانداردها و تأمین‌کنندگان فنی پشتیبانی می‌شوند تا تأیید و اجرا را تسهیل کنند. برای مفاهیم اولیه در مورد آب‌بندهای مکانیکی و چرخشی، به مرور کلی مراجعه کنید.آب‌بند مکانیکی (ویکی‌پدیا)و پیشینه آب‌بندهای شفت شعاعی/چرخشی درآب‌بند شعاعی شفت (ویکی‌پدیا).

چرا تست دینامیکی برای تجهیزات دوار اهمیت دارد؟

حالت‌های خرابی آب‌بندهای چرخشی با سرعت بالا

طبق تجربه من، رایج‌ترین حالت‌های خرابی برای آب‌بندهای چرخشی با سرعت بالا عبارتند از:

• تجمع گرمای بیش از حد در لبه آب‌بندی که باعث سخت شدن، اکستروژن یا از بین رفتن خواص الاستومری می‌شود.
• نشتی ناشی از سایش لبه، سایش شیار یا از دست دادن پیش‌بار ناشی از انحراف شفت.
• سایش و انتقال مواد از گرد و غبار/آلاینده‌ها یا مایعات ناسازگار.
• سایش ناشی از ارتعاش یا تلفات فاجعه‌بار هنگامی که عدم تعادل باعث تشدید می‌شود.

درک این حالت‌ها روشن می‌کند که آزمایش دینامیکی آزمایشگاهی و درجا - تحت سرعت، فشار و دمای نمونه شفت - برای اعتبارسنجی یک راه‌حل آب‌بندی ضروری است.

تأثیر بر قابلیت اطمینان و چرخه عمر

آزمایش دینامیکی نتایج آزمایشگاهی را با قابلیت اطمینان میدانی مرتبط می‌کند. معیارهایی که من همیشه ثبت می‌کنم عبارتند از نشتی (میلی‌لیتر در دقیقه یا قطرات در دقیقه)، گشتاور اصطکاک حالت پایدار (نیوتن بر متر)، افزایش دما در لبه (°C) و دامنه ارتعاش (میلی‌متر یا گرم). این موارد به شدت با طول عمر آب‌بند مرتبط هستند. برای ماشین‌آلات دوار، آب‌بندی که نشتی قابل قبول و گشتاور اصطکاکی پایدار را در سراسر دور در دقیقه و محدوده فشار مورد نیاز حفظ کند، عموماً طول عمر قابل پیش‌بینی را ارائه می‌دهد.

روش‌های کلیدی آزمایش برای آب‌بندهای چرخشی با سرعت بالا

آزمایش نشتی و تریبولوژی

آزمایش نشتی باید در سرعت شفت، فشار سیال و دمای سیال کنترل‌شده انجام شود. من آزمایش‌های مرحله‌ای را انجام می‌دهم که در آن فشار و سرعت به صورت تدریجی افزایش می‌یابند و نشتی در هر مرحله پس از رسیدن به حالت پایدار (معمولاً 10 تا 30 دقیقه بسته به اینرسی حرارتی سیستم) ثبت می‌شود. آزمایش تریبولوژیکی شامل اندازه‌گیری گشتاور حالت پایدار و گشتاور جدایش با استفاده از یک مبدل گشتاور کالیبره شده در محفظه آب‌بندی است.

مراجع استاندارد برای ابعاد و تلرانس‌های اورینگ و آب‌بند شامل ISO 3601 می‌شود؛ برای اطلاعات عمومی در مورد آب‌بند، به کتابچه‌های فنی تأمین‌کنندگان مانند کتابچه راهنمای پارکر اورینگ مراجعه کنید. به خلاصه ISO مراجعه کنید:ISO 3601 - قدرت سیال - اورینگ‌ها.

اندازه‌گیری حرارتی و اصطکاکی

من از ترموکوپل‌های تعبیه شده در نزدیکی لبه و ترموگرافی مادون قرمز سطح برای نقشه‌برداری از نقاط داغ در حالی که شفت با دور موتور هدف کار می‌کند، استفاده می‌کنم. نمودار دما در مقابل زمان در سرعت ثابت، رفتار درجا زدن را نشان می‌دهد و به تشخیص روغن‌کاری ناکافی یا اصطکاک بیش از حد کمک می‌کند. ابزار دقیق معمول شامل موارد زیر است:

• مبدل گشتاور با وضوح بالا (کالیبره شده).
• ترموکوپل‌های نوع K یا RTD های با پاسخ سریع.
• دوربین مادون قرمز برای نقشه برداری حرارتی بصری

سرعت محیطی (سرعت سطحی) بسیار مهم است؛ از فرمول V = π·D·n/60 (V بر حسب متر بر ثانیه، D بر حسب متر، n بر حسب دور در دقیقه) استفاده کنید. به عنوان مثال، یک شفت ۵۰ میلی‌متری (D = 0.05 متر) در سرعت ۲۰۰۰۰ دور در دقیقه دارای V = π·0.05·20000/60 ≈ 52.36 متر بر ثانیه است. این محاسبه به تعیین اینکه آیا یک آب‌بند لبه‌ای الاستومری مناسب است یا اینکه به یک آب‌بند PTFE/کامپوزیت یا آب‌بند مکانیکی نیاز است، کمک می‌کند.

تحلیل ارتعاش و انحراف

بالانس کردن و کنترل انحراف از محور بسیار حیاتی هستند. انحراف بیش از حد محور در سطح آب‌بند منجر به نیروهای تماسی چرخه‌ای و سایش سریع می‌شود. من اندازه‌گیری انحراف شعاعی و محوری را با یک نشانگر عقربه‌ای یا حسگرهای جابجایی و ثبت طیف ارتعاش با یک شتاب‌سنج توصیه می‌کنم. استانداردهای عدم تعادل مانندایزو ۱۹۴۰کیفیت تعادل قابل قبول را برای اجزای چرخان هدایت می‌کند؛ اصلاح عدم تعادل، بارهای دینامیکی آب‌بند را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد.

تکنیک‌های متعادل‌سازی و تنظیمات عملی

بالانس استاتیک در مقابل بالانس دینامیک

بالانس استاتیک، خروج از مرکز جرم تک صفحه‌ای را حذف می‌کند؛ بالانس دینامیکی، بالانس دو صفحه‌ای را برطرف می‌کند و برای مجموعه‌هایی که با سرعت بالا کار می‌کنند ضروری است. برای بسیاری از مجموعه‌های آب‌بندی چرخشی با سرعت بالا، من یک رویکرد دو مرحله‌ای انجام می‌دهم:

1. بررسی استاتیک و اصلاح جزئی (وزنه یا ماشینکاری).
2. بالانس دینامیکی روی دستگاه بالانس در سرعت عملیاتی یا نزدیک به آن، با رعایت اصلاحات طبق تلرانس‌های ISO 1940.

بالانس دینامیکی به ویژه زمانی اهمیت دارد که مجموعه آب‌بند شامل آداپتورهای فلزی، حامل‌های PTFE یا محفظه‌های سفت باشد که می‌توانند نیروهای عدم تعادل را تقویت کنند.

روش ابزار دقیق و متعادل سازی

یک گردش کار عملی برای ایجاد تعادل که من استفاده می‌کنم:

1. روتور را با دو شتاب‌سنج یا یک شتاب‌سنج مرجع تک‌فاز اندازه‌گیری کنید.
2. با سرعت‌های افزایشی تا RPM عملیاتی بچرخید و دامنه و فاز ارتعاش را ثبت کنید.
3. جرم‌های اصلاحی مورد نیاز و موقعیت‌های زاویه‌ای آنها را با استفاده از نرم‌افزار دستگاه بالانس یا معادلات ریاضی استاندارد بالانس دو صفحه‌ای محاسبه کنید.
4. اصلاحات را اعمال کنید، دوباره آزمایش کنید و تکرار کنید تا لرزش و عدم تعادل به زیر مقادیر هدف مشخص شده برای کاربرد مورد نظر کاهش یابد.

برای اعتبارسنجی آب‌بند، در صورت امکان، بالانس را با آب‌بند نصب‌شده (مجموعه نمونه) انجام دهید، زیرا هندسه و توزیع جرم خود آب‌بند می‌تواند بر بالانس و انحراف روتور تأثیر بگذارد.

مطالعه موردی: بالانس کردن یک مجموعه آب‌بند چرخشی از جنس PTFE

من یک بار یک مجموعه آب‌بند چرخشی شفت با آستر PTFE را برای یک کمپرسور ۲۵۰۰۰ دور در دقیقه بالانس کردم. با استفاده از فرمول V = π·D·n/60، سرعت محیطی بالای ۵۰ متر بر ثانیه را محاسبه کردیم، بنابراین یک ماده لبه پر شده با PTFE انتخاب کردیم. در یک بالانس دینامیکی، عدم تعادل دو صفحه‌ای معادل ۰.۳۵ گرم بر میلی‌متر مربع را تشخیص دادیم. پس از اضافه کردن جرم‌های اصلاحی و ماشینکاری مجدد یک خروج از مرکز کوچک در حامل PTFE، لرزش در سرعت کار ۷۸٪ کاهش یافت و دمای آب‌بند ۱۲ درجه سانتیگراد کاهش یافت - که بر اساس نرخ سایش در حین کار اندازه‌گیری شده در آزمایش‌های اولیه، عمر مورد انتظار را بیش از ۳ برابر افزایش داد.

انتخاب مواد، نکات طراحی و قابلیت‌های Polypac

مقایسه مواد و مناسب بودن آنها

انتخاب مواد، عامل اصلی تعیین‌کننده عملکرد در سرعت‌های بالا است. من مواد را از نظر محدوده دمایی، سازگاری شیمیایی، سختی و سرعت محیطی مجاز مقایسه می‌کنم. جدول زیر خواص نمونه و موارد استفاده مناسب را خلاصه می‌کند - مقادیر، راهنمایی‌های معمول صنعتی هستند و باید برای سیال و شرایط عملیاتی شما اعتبارسنجی شوند.

منابع: برگه‌های اطلاعات سازنده و متون فنی صنعت (به صفحات فنی تأمین‌کنندگان مانند ... مراجعه کنید)مهر و موم های چرخشی ترلبورگو راهنمایی کلی در مورد آب‌بند مکانیکیویکی‌پدیا).

بهترین شیوه‌های طراحی و نصب

از پروژه‌هایم، روی این مراحل عملی تأکید می‌کنم:

• پرداخت سطح شفت کنترل: Ra توصیه شده معمولاً 0.2 تا 0.8 میکرومتر برای آب‌بندهای مبتنی بر PTFE و 0.4 تا 1.6 میکرومتر برای لبه‌های الاستومری است تا بین نفوذ و نشت تعادل برقرار شود.
• برای جلوگیری از بیرون زدگی در فشارهای ناگهانی، فواصل شعاعی و محوری صحیح و تکیه‌گاه حلقه پشتیبان را مشخص کنید.
• برای جلوگیری از اعوجاج آب‌بندی در حین مونتاژ، از ترازبندی و نگهداری محکم محفظه اطمینان حاصل کنید.
• از پروتکل‌های شروع به کار استفاده کنید: برای ساعات اولیه با سرعت و فشار کاهش‌یافته شروع کنید تا سطوح تماس قبل از افزایش به شرایط سرویس، تثبیت شوند.

پلی‌پک: تولید، تحقیق و توسعه و طیف محصولات

شرکت Polypac یک تولیدکننده علمی و فنی آب‌بند هیدرولیک و تأمین‌کننده آب‌بند روغنی است که در تولید آب‌بند، توسعه مواد آب‌بند و راه‌حل‌های آب‌بندی سفارشی برای شرایط کاری ویژه تخصص دارد. Polypac که در سال ۲۰۰۸ تأسیس شد، کار خود را با آب‌بندهای PTFE پر شده (PTFE پر شده با برنز، PTFE پر شده با کربن، PTFE گرافیتی، PTFE پر شده با MoS₂ و PTFE پر شده با شیشه) آغاز کرد و اکنون اورینگ‌هایی از جنس NBR، FKM، سیلیکون، EPDM و FFKM نیز تولید می‌کند.

کارخانه حلقه لاستیکی و اورینگ سفارشی Polypac بیش از 10،000 متر مربع مساحت دارد که 8000 متر مربع آن فضای کارخانه است. تجهیزات تولید و آزمایش ما از پیشرفته‌ترین تجهیزات در صنعت هستند و ما همکاری طولانی‌مدتی با دانشگاه‌ها و موسسات تحقیقاتی داخلی و بین‌المللی داریم. محصولات اصلی شامل اورینگ، آب‌بند میله‌ای، آب‌بند پیستون، آب‌بند فنری انتهایی، آب‌بند تراشنده، آب‌بند چرخشی، حلقه‌های پشتیبان و حلقه‌های گرد و غبار است. این قابلیت‌ها از رویکرد پیشنهادی من برای اعتبارسنجی مواد و طرح‌ها روی سکوهای آزمایشی نمونه قبل از استقرار میدانی پشتیبانی می‌کنند.

مزایای Polypac عبارتند از: تجربه عمیق در زمینه ترکیبات PTFE، سبد محصولات گسترده الاستومر، قالب‌گیری و ماشینکاری داخلی و آزمایشگاه پیشرفته‌ای که قادر به آزمایش نشت دینامیکی، اصطکاک، حرارتی و استقامت است - که به ما امکان می‌دهد معیارهای آزمایشگاهی را مستقیماً به عمر مفید مورد انتظار در میدان پیوند دهیم. برای کاربردهای پیچیده با سرعت بالا، من اغلب به تأمین‌کنندگانی با این سطح از توانایی عمودی برای ایجاد سیستم‌های آب‌بندی بهینه به جای قطعات آماده، تکیه می‌کنم.

چک لیست عملی و محاسبه مثال

چک لیست قبل از آزمایش

• داده‌های مربوط به هندسه، سطح، میزان انحراف و جنس شفت را جمع‌آوری کنید.
• مواد و هندسه‌های آب‌بند مورد نظر (نوع لبه، پیش‌بار فنر، ویژگی‌های پشتیبان) را انتخاب کنید.
• ابزار دقیق را آماده کنید: سنسور گشتاور، ترموکوپل‌ها، دوربین مادون قرمز، شتاب‌سنج‌ها.
• ماتریس تست را تعریف کنید: گام‌های سرعت، گام‌های فشار، نقاط تنظیم دما، مدت زمان هر گام.
• معیارهای پذیرش را ذکر کنید: حداکثر نشتی، حداکثر افزایش دما، ارتعاش مجاز.

مثال: محاسبه سرعت محیطی

از V = π·D·n/60 استفاده کنید. برای یک شفت ۴۰ میلی‌متری با سرعت ۱۸۰۰۰ دور در دقیقه:

V = π × 0.04 متر × 18000 / 60 ≈ π × 0.04 × 300 = π × 12 ≈ 37.7 متر بر ثانیه.

این سرعت محیطی تعیین می‌کند که آیا یک لبه الاستومری مناسب‌تر است یا یک آب‌بند PTFE/کامپوزیت. در سرعت حدود ۳۸ متر بر ثانیه، من معمولاً یک PTFE پر شده یا یک ترکیب لبه پرسرعت مخصوص را انتخاب می‌کنم و برای تعادل دینامیکی و یک جریان ورودی محافظه‌کارانه برنامه‌ریزی می‌کنم.

سوالات متداول - سوالات متداول در مورد آب‌بندهای چرخشی با سرعت بالا

۱. چه چیزی یک آب‌بند چرخشی با سرعت بالا را تعریف می‌کند؟

سرعت بالا وابسته به کاربرد است، اما معمولاً به سناریوهایی اشاره دارد که سرعت‌های محیطی از حدود 20 تا 30 متر بر ثانیه تجاوز می‌کنند. در این سرعت‌ها، اثرات حرارتی، گرمایش اصطکاکی و عدم تعادل دینامیکی به عوامل حیاتی طراحی تبدیل می‌شوند.

۲. چگونه بفهمم که آیا کاسه نمد من نیاز به بالانس دینامیکی دارد؟

اگر مجموعه با دور موتور بالا (که سرعت محیطی زیاد است) کار کند، یا اگر لرزش/لنگش از حد قابل قبول فراتر رود، بالانس دینامیکی روتور و مجموعه آب‌بند نمونه توصیه می‌شود. ISO 1940 راهنمایی‌هایی در مورد انتظارات از کیفیت بالانس ارائه می‌دهد (ایزو ۱۹۴۰).

۳. آیا می‌توان از آب‌بندهای الاستومری در سرعت‌های بسیار بالا استفاده کرد؟

آب‌بندهای الاستومری به دلیل تجمع گرما و سایش محدود می‌شوند. برای سرعت‌های محیطی بسیار بالا (بیش از 30 تا 40 متر بر ثانیه)، آب‌بندهای PTFE یا PTFE پر شده یا آب‌بندهای مکانیکی سطحی، بسته به فشار و سازگاری با سیال، اغلب انتخاب‌های بهتری هستند.

۴. چه آزمایش‌هایی عملکرد میدانی را به بهترین شکل پیش‌بینی می‌کنند؟

آزمایش‌های ترکیبی نشتی، گشتاور اصطکاک حالت پایدار، نقشه‌برداری دما و ارتعاش/میزان هرزروی تحت سرعت و فشار نمونه، بهترین پیش‌بینی‌کننده‌ها هستند. آزمایش کنترل‌شده‌ی میزان هرزروی، بینش بیشتری در مورد نرخ سایش بلندمدت ارائه می‌دهد.

۵. چگونه باید جنس آب‌بند را برای سیالات خاص انتخاب کنم؟

به نمودارهای سازگاری شیمیایی و برگه‌های اطلاعات تأمین‌کننده مراجعه کنید و با آزمایش‌های آزمایشگاهی تحت دما و فشار عملیاتی اعتبارسنجی کنید. برای سیالات بحرانی یا تهاجمی، معمولاً از گزینه‌های FFKM یا PTFE پر شده استفاده می‌شود؛ برای سیستم‌های روغن هیدرولیک، انواع FKM یا NBR بسته به دما اغلب مناسب هستند.

تماس و مراحل بعدی

اگر برای تعیین یا اعتبارسنجی آب‌بندهای چرخشی پرسرعت به پشتیبانی نیاز دارید، توصیه می‌کنم یک برنامه تست صلاحیت کوتاه‌مدت اجرا کنید که شامل معیارهای نشتی، گشتاور، حرارتی و ارتعاشی در مقایسه با معیارهای پذیرش شما باشد. برای راه‌حل‌های سفارشی، Polypac خدمات توسعه مواد، اجرای نمونه اولیه و تست دینامیکی ارائه می‌دهد. برای بحث در مورد انتخاب محصول، پروتکل‌های اجرا و اعتبارسنجی در محل، یا برای درخواست برگه‌های اطلاعات و قابلیت‌های تست متناسب با کاربرد خود، با Polypac تماس بگیرید.

فراخوان اقدام: برای مشاوره یا مشاهده مشخصات محصول (حلقه‌های اورینگ، آب‌بندهای میله‌ای، آب‌بندهای پیستون، آب‌بندهای فنری انتهایی، آب‌بندهای تراشنده، آب‌بندهای چرخشی، حلقه‌های پشتیبان، حلقه‌های گرد و غبار)، با تیم فنی Polypac تماس بگیرید تا یک بررسی فنی و برنامه آزمایش سفارشی ترتیب دهید.