हाई स्पीड रोटरी सील्स के लिए सामग्री: पीटीएफई, इलास्टोमर्स, धातुएँ

उच्च गति वाले घूर्णनशील उपकरणों के लिए सील के निर्धारण और समस्या निवारण में वर्षों के अनुभव के आधार पर मैं यह लेख लिख रहा हूँ। इस लेख में मैं संक्षेप में बताऊँगा कि उच्च गति वाले घूर्णनशील सील में PTFE (और इसके भरे हुए प्रकार), इलास्टोमर (NBR, FKM, FFKM, सिलिकॉन, EPDM) और धात्विक समाधान कैसे काम करते हैं, वास्तविक प्रदर्शन सीमाओं पर चर्चा करूँगा और व्यावहारिक चयन एवं डिज़ाइन मार्गदर्शन प्रदान करूँगा जिसे उद्योग के संदर्भों और मानकों के आधार पर सत्यापित किया जा सकता है। मैं वास्तविक परिस्थितियों की बाधाओं — तापमान, सतह की गति, स्नेहन, घिसाव, घर्षण से उत्पन्न ताप और अनुकूलता — पर ध्यान केंद्रित करूँगा ताकि आप अपने अनुप्रयोग के लिए सही सामग्री और सील ज्यामिति का चयन कर सकें।

उच्च गति वाले रोटरी सील के लिए सामग्री का चयन

मैं जिन प्रमुख प्रदर्शन मानदंडों का मूल्यांकन करता हूँ

जब मैं हाई-स्पीड रोटरी सील के लिए किसी सामग्री का मूल्यांकन करता हूँ, तो मैं निम्नलिखित को प्राथमिकता देता हूँ: घर्षण गुणांक (जो ऊष्मा उत्पादन निर्धारित करता है), अपेक्षित सतह गति पर घिसाव प्रतिरोध (आमतौर पर सतह वेग, मीटर/सेकंड में व्यक्त किया जाता है), ऊष्मीय स्थिरता (निरंतर और चरम तापमान), प्रक्रिया तरल पदार्थों के साथ रासायनिक अनुकूलता, कठोरता/लोच (लिप सील के लिए महत्वपूर्ण), और दबाव में आयामी स्थिरता। अन्य व्यावहारिक मानदंड हैं आपूर्ति श्रृंखला की उपलब्धता, निर्माण क्षमता (मोल्डिंग, मशीनिंग), और लागत।

आवेदन आधारित चयन

हर हाई-स्पीड एप्लीकेशन के लिए एक जैसे गुण आवश्यक नहीं होते। उदाहरण के लिए, हल्के न्यूमेटिक मोटरों में डायनामिक सील के लिए कम घर्षण और कम रिसाव पर जोर दिया जाता है; घर्षणकारी तरल पदार्थों को संभालने वाले हाई-स्पीड पंपों के लिए उच्च घिसाव प्रतिरोध की आवश्यकता होती है; टर्बो मशीनरी के लिए धातु या हाइब्रिड फेस सील की आवश्यकता हो सकती है। मैं एप्लीकेशन (शाफ्ट व्यास, आरपीएम, चिकनाई युक्त बनाम शुष्क, दबाव, माध्यम) को लक्षित सतह वेग (U = π·D·n / 60) से मैप करता हूं और फिर लक्षित U और सेवा स्थितियों के आधार पर सामग्रियों की जांच करता हूं।

मैं जिन मानकों और संदर्भों का उपयोग करता हूँ

डिजाइन संबंधी निर्णय लेने के लिए मैं ओ-रिंग के लिए आईएसओ 3601 जैसे मानकों और इलास्टोमर चयन के लिए एएसटीएम डी2000 जैसे सामान्य वर्गीकरण मानकों का संदर्भ लेता हूं। सामग्री के गुणों और सामान्य पृष्ठभूमि के लिए मैं अक्सर विकिपीडिया पर पीटीएफई प्रविष्टि जैसे प्रामाणिक स्रोतों से परामर्श करता हूं।https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene) और हाइड्रोलिक सील का अवलोकन (https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_sealनिर्माताओं के तकनीकी नोट्स (SKF, पार्कर, ट्रेलेबोर्ग) गति और दबाव के लिए मान्य परिचालन सीमाएं प्रदान करते हैं और अंतिम सत्यापन के लिए इनकी समीक्षा की जानी चाहिए।

उच्च गति वाले रोटरी सीलों के लिए पीटीएफई और पीटीएफई कंपोजिट

सामग्री के गुण और पीटीएफई की कार्यप्रणाली

PTFE (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन) में घर्षण बहुत कम होता है, उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध होता है और इसका परिचालन तापमान व्यापक होता है (शुद्ध PTFE के लिए लगभग -200 से +260 डिग्री सेल्सियस)। ये गुण PTFE को उच्च गति वाले रोटरी सील के लिए आकर्षक बनाते हैं, विशेष रूप से कम भार या चिकनाई वाली स्थितियों में जहां कम घिसाव और कम गर्मी उत्पादन प्राथमिकताएं होती हैं। PTFE विकिपीडिया प्रविष्टि एक संक्षिप्त तकनीकी सारांश है जिसका मैं अक्सर उपयोग करता हूं।https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene).

फिल्ड पीटीएफई के प्रकार और उनके फायदे-नुकसान

क्योंकि शुद्ध पीटीएफई अपेक्षाकृत नरम होता है और भार पड़ने पर इसमें घिसावट की संभावना अधिक होती है, इसलिए रोटरी सील में फिलर ग्रेड का उपयोग आम है। विशिष्ट फिलर में कांस्य, कार्बन, ग्रेफाइट, मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड (MoS2) और कांच शामिल हैं। प्रत्येक फिलर घिसावट, घर्षण और तापमान के प्रति व्यवहार को बदलता है।

• कांस्य-युक्त पीटीएफई: भार वहन क्षमता और घिसावट जीवन में सुधार करता है, शुद्ध पीटीएफई की तुलना में घर्षण को थोड़ा बढ़ाता है।
• कार्बन-युक्त पीटीएफई: कई फिसलने की स्थितियों में घर्षण को कम करता है और घिसाव प्रतिरोध को बेहतर बनाता है।
• ग्रेफाइट या MoS2 से भरा PTFE: अच्छी चिकनाई और उच्च तापमान पर बेहतर प्रदर्शन प्रदान करता है।

पॉलीपैक ने फिल्ड पीटीएफई सील (कांस्य, कार्बन, ग्रेफाइट, MoS2, ग्लास) का निर्माण शुरू किया और ये कई रोटरी अनुप्रयोगों के लिए सिद्ध विकल्प हैं।

पीटीएफई रोटरी सील के लिए डिजाइन संबंधी विचार

पीटीएफई रोटरी सील का चयन करते समय मैं निम्नलिखित बातों पर ध्यान देता हूँ: मिलान सतह की फिनिश (कम घर्षण के लिए आदर्श रूप से Ra < 0.4 µm), शाफ्ट रनआउट और वेवीनेस टॉलरेंस, उपयुक्त स्प्रिंग प्रीलोड या एनर्जाइज़र का चयन, और उच्च दबाव पर एक्सट्रूज़न को रोकने के लिए बैक-अप रिंग का उपयोग। पीटीएफई कई इलास्टोमर्स की तुलना में उच्च सतह गति पर काम कर सकता है, लेकिन सिस्टम का स्नेहन और ऊष्मा अपव्यय महत्वपूर्ण बने रहते हैं - यदि घर्षण से उत्पन्न ऊष्मा को नियंत्रित नहीं किया जाता है तो पीटीएफई स्थानीय रूप से नरम हो जाएगा।

इलास्टोमर्स: जब लचीली सामग्री बेहतर प्रदर्शन करती है

सामान्य इलास्टोमर और उनकी मजबूती

रोटरी लिप सील के लिए इलास्टोमर (NBR, FKM/Viton, FFKM/Perfluoroelastomer, सिलिकॉन, EPDM) डिफ़ॉल्ट विकल्प हैं क्योंकि ये मध्यम शाफ्ट एक्सेंट्रिसिटी, कम लागत और आसान इंस्टॉलेशन के साथ अच्छी सीलिंग प्रदान करते हैं। इनके फायदे हैं स्टैटिक और कम गति वाली डायनामिक सीलिंग के लिए लोच, मोल्डिंग में आसानी और अच्छा लचीलापन। मैं आमतौर पर देखता हूँ:

• एनबीआर (नाइट्राइल): सामान्य प्रयोजन के लिए हाइड्रोलिक/न्यूमेटिक सील, लगभग 120 डिग्री सेल्सियस तक तेल के प्रति अच्छा प्रतिरोध।
• एफकेएम (फ्लोरोइलास्टोमर): लगभग 200 डिग्री सेल्सियस तक उच्च तापमान और रासायनिक प्रतिरोध।
• एफएफकेएम: आक्रामक माध्यमों के लिए सर्वोत्तम श्रेणी का रासायनिक प्रतिरोध और तापमान स्थिरता।
• सिलिकॉन: कम तापमान पर उत्कृष्ट लचीलापन, तेज गति पर सीमित घिसाव प्रतिरोध।
• ईपीडीएम: भाप/पानी के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध, अधिकांश हाइड्रोकार्बन तेलों के लिए उपयुक्त नहीं है।

एएसटीएम डी2000 जैसे मानक रबर सामग्री के लिए नाममात्र तापमान/रासायनिक समूहीकरण प्रदान करते हैं (https://www.astm.org/d2000-20.).

गतिशील सीलिंग व्यवहार और गति सीमाएँ

उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में इलास्टोमेरिक लिप सील की व्यावहारिक सीमाएँ होती हैं। सील निर्माताओं (SKF, Parker) द्वारा जारी सामान्य फैक्ट्री दिशानिर्देशों के अनुसार, इलास्टोमेरिक लिप सील मध्यम शाफ्ट सतह वेग (सामग्री, स्नेहन और कठोरता के आधार पर अक्सर 8-15 मीटर/सेकंड की सीमा में) तक अच्छा प्रदर्शन करती हैं। इस सीमा से ऊपर घर्षण ताप, लिप का क्षरण और एक्सट्रूज़न की गति बढ़ जाती है। मैं हमेशा विशिष्ट सील प्रोफाइल और सामग्री के लिए निर्माता के गति चार्ट की जाँच करता हूँ; कई आपूर्तिकर्ता गति/दबाव चार्ट प्रकाशित करते हैं जो डिज़ाइन सत्यापन के लिए प्रामाणिक होते हैं।

तापमान, माध्यम और दीर्घायु के बीच तालमेल

इलास्टोमर ऊष्मीय क्षरण और रासायनिक आक्रमण के प्रति संवेदनशील होते हैं। भले ही कोई पदार्थ अधिकतम तापमान सहन कर ले, लेकिन लगातार उच्च तापमान के कारण उसकी लोच कम हो जाती है और पारगम्यता बढ़ जाती है। आक्रामक तरल पदार्थों या उच्च तापमान के लिए, अधिक लागत के बावजूद, FKM या FFKM अक्सर सही विकल्प होते हैं। चिकनाई युक्त प्रणालियों में उच्च RPM पर लंबे समय तक चलने के लिए, हाइब्रिड PTFE लिप या PTFE-लेपित इलास्टोमर एक अच्छा संतुलन प्रदान कर सकते हैं।

रोटरी सीलिंग में धातु और हाइब्रिड समाधान

धातु की सीलें और लेपित सतहें

धातु से बनी सीलें (जैसे, लेबिरिंथ सीलें, धातु के छल्ले वाली यांत्रिक सीलें) उन जगहों पर आम हैं जहाँ अत्यधिक गति, तापमान या घर्षण वाले वातावरण के कारण पॉलिमर सीलें उपयुक्त नहीं होतीं। धातुएँ टर्बोमशीनरी और कुछ एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में आवश्यक संरचनात्मक स्थिरता और ऊष्मीय चालकता प्रदान करती हैं। सीलिंग संपर्क और रिसाव को नियंत्रित करने के लिए सतह इंजीनियरिंग — जैसे, कठोर कोटिंग्स (पीवीडी, नाइट्राइडिंग) और नियंत्रित सूक्ष्म बनावट — महत्वपूर्ण है।

बैक-अप रिंग, इंसर्ट और सरफेस इंजीनियरिंग

हाई-स्पीड रोटरी सील्स के लिए, मैं अक्सर बैक-अप रिंग्स (PTFE या PEEK) का उपयोग करता हूँ ताकि दबाव में नरम पदार्थों के निकलने को रोका जा सके और गति के दौरान ज्यामिति को स्थिर रखा जा सके। PTFE रिंग्स में मेटल इंसर्ट (स्टेनलेस स्टील या कंपोजिट कैरियर) कठोरता बढ़ाते हैं और माउंटिंग व थर्मल कंडक्शन में मदद करते हैं। शाफ्ट की फिनिशिंग, हार्डनिंग और कोटिंग का चुनाव (क्रोमियम प्लेटिंग, इंडक्शन हार्डनिंग या सिरेमिक कोटिंग) नरम सीलिंग पदार्थों की घिसावट दर को सीधे प्रभावित करते हैं।

हाइब्रिड सील: पीटीएफई, इलास्टोमर और धातुओं का संयोजन

हाइब्रिड डिज़ाइन — जैसे कि एक PTFE सीलिंग लिप जिसे इलास्टोमेरिक O-रिंग द्वारा ऊर्जा प्रदान की जाती है और एक मेटल कैरियर द्वारा सपोर्ट किया जाता है — एक बहुत ही व्यावहारिक तरीका प्रदान करते हैं। ये PTFE के कम घर्षण और रासायनिक प्रतिरोध को इलास्टोमेरिक प्रीलोड और मेटल की संरचनात्मक मजबूती के साथ जोड़ते हैं। मैं हाइब्रिड सील का उपयोग वहाँ करता हूँ जहाँ मुझे मध्यम रूप से दूषित वातावरण में कम टॉर्क और लंबे जीवनकाल की आवश्यकता होती है। हाइब्रिड सील के लिए टॉलरेंस और असेंबली पर डिज़ाइन नियंत्रण अधिक सख्त होता है, लेकिन इससे सेवा जीवनकाल में लाभ मिलता है।

तुलनात्मक डेटा तालिका

नीचे मैंने आम तौर पर प्रकाशित होने वाली कुछ श्रेणियों का सारांश दिया है जिन्हें आप प्रारंभिक बिंदु के रूप में उपयोग कर सकते हैं। अंतिम डिज़ाइन के लिए हमेशा निर्माता के विशिष्ट डेटाशीट से मिलान करके पुष्टि करें।

स्रोत: निर्माता तकनीकी मार्गदर्शिकाएँ (SKF, पार्कर), PTFE अवलोकन (विकिपीडिया), और ASTM/ISO वर्गीकरण मानक।

मैं जिस व्यावहारिक चयन प्रक्रिया का उपयोग करता हूँ

1) ऑपरेटिंग एनवेलप को परिभाषित करें

शाफ्ट की सतह की गति की गणना करें और दबाव, माध्यम, तापमान, स्नेहन प्रणाली और संदूषण की संभावनाओं का निर्धारण करें। इससे उपयुक्त सामग्रियों की सूची तैयार करने में मदद मिलती है।

2) निर्धारित सीमाओं के विरुद्ध सामग्रियों की जांच करें

संभावित सामग्रियों की तुलना गति, तापमान, रासायनिक अनुकूलता और अपेक्षित जीवनकाल के आधार पर करें। अनुपयुक्त विकल्पों को जल्द से जल्द हटाने के लिए निर्माता के गति/दबाव चार्ट का उपयोग करें।

3) प्रोटोटाइप बनाएं और वास्तविक सतहों के साथ परीक्षण करें

मैं हमेशा संभावित सीलों का परीक्षण वास्तविक हार्डवेयर या किसी प्रतिनिधि परीक्षण उपकरण पर करता हूँ। प्रयोगशाला में किए गए घर्षण और घिसाव परीक्षण सांकेतिक होते हैं, लेकिन वास्तविक शाफ्ट रनआउट, कंपन और संदूषण अक्सर फील्ड प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

पॉलीपैक की क्षमताएं और मैं कस्टम हाई-स्पीड समाधानों के लिए उनकी अनुशंसा क्यों करता हूँ

पॉलीपैक एक वैज्ञानिक और तकनीकी हाइड्रोलिक सील निर्माता और ऑयल सील आपूर्तिकर्ता है, जो सील उत्पादन, सीलिंग सामग्री विकास और विशेष कार्य परिस्थितियों के लिए अनुकूलित सीलिंग समाधानों में विशेषज्ञता रखता है। पॉलीपैक का कस्टम रबर रिंग और ओ-रिंग कारखाना 10,000 वर्ग मीटर से अधिक क्षेत्र में फैला हुआ है, जिसमें 8,000 वर्ग मीटर का कारखाना क्षेत्र शामिल है। उनके उत्पादन और परीक्षण उपकरण उद्योग में सबसे उन्नत उपकरणों में से हैं। चीन में सील उत्पादन और विकास के लिए समर्पित सबसे बड़ी कंपनियों में से एक होने के नाते, पॉलीपैक देश और विदेश में कई विश्वविद्यालयों और अनुसंधान संस्थानों के साथ दीर्घकालिक संचार और सहयोग बनाए रखता है।

2008 में स्थापित, पॉलीपैक ने कांस्य-भरे पीटीएफई, कार्बन-भरे पीटीएफई, ग्रेफाइट पीटीएफई, MoS₂-भरे पीटीएफई और कांच-भरे पीटीएफई सहित भरे हुए पीटीएफई सील का निर्माण शुरू किया। आज, उनकी उत्पाद श्रृंखला में एनबीआर, एफकेएम, सिलिकॉन, ईपीडीएम और एफएफकेएम जैसी विभिन्न सामग्रियों से बने ओ-रिंग शामिल हैं। पॉलीपैक के प्रमुख उत्पाद ओ-रिंग, रॉड सील, पिस्टन सील, एंड फेस स्प्रिंग सील, स्क्रैपर सील, रोटरी सील, बैक-अप रिंग और डस्ट रिंग हैं।

मैं पॉलीपैक को हाई-स्पीड रोटरी सीलिंग परियोजनाओं के लिए एक प्रतिस्पर्धी भागीदार क्यों मानता हूँ:

• घूर्णनशील वातावरण में घिसावट और भार वहन क्षमता को बेहतर बनाने वाले भरे हुए पीटीएफई फॉर्मूलेशन के साथ सिद्ध अनुभव।
• विशाल, आधुनिक उत्पादन क्षमता और उन्नत परीक्षण उपकरण निरंतर गुणवत्ता और विस्तारशीलता को संभव बनाते हैं।
• अनुसंधान संस्थानों के साथ सक्रिय सहयोग विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए सामग्री विकास और प्रदर्शन सत्यापन में सहायता करता है।
• व्यापक उत्पाद पोर्टफोलियो (इलास्टोमर्स और पीटीएफई) एकल-सामग्री विकल्प को बाध्य करने के बजाय हाइब्रिड और अनुकूलित समाधानों की अनुमति देता है।

यदि आपको किसी विशिष्ट उच्च-गति अनुप्रयोग के लिए डिज़ाइन की गई सील की आवश्यकता है — जैसे कि असामान्य माध्यम, संकीर्ण तापमान सीमाएँ, या बहुत उच्च सतह गति — तो पॉलीपैक की फिल्ड पीटीएफई विशेषज्ञता, इलास्टोमर क्षमता और इन-हाउस परीक्षण का संयोजन उन्हें डिज़ाइन चरण की शुरुआत में ही शामिल करने के लिए एक व्यावहारिक आपूर्तिकर्ता बनाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

1. पीटीएफई रोटरी सील के लिए शाफ्ट की सतह की व्यावहारिक अधिकतम गति क्या है?

हालांकि पीटीएफई कई अन्य इलास्टोमर्स की तुलना में अधिक सतही गति सहन कर सकता है, लेकिन व्यावहारिक सीमाएं स्नेहन, शाफ्ट की फिनिश, भार और शीतलन पर निर्भर करती हैं। सामान्य स्नेहित अनुप्रयोगों में पीटीएफई लगभग 20-30 मीटर/सेकंड तक अच्छा प्रदर्शन करता है। निर्माता के डेटाशीट और अपनी सटीक परिस्थितियों के लिए परीक्षण के साथ इसकी पुष्टि करें। पीटीएफई के गुण देखें:https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetrafluoroethylene.

2. मुझे इलास्टोमेरिक सील के बजाय फिल्ड पीटीएफई सील का चुनाव कब करना चाहिए?

कम घर्षण, व्यापक रासायनिक अनुकूलता और उच्च गति क्षमता की आवश्यकता होने पर फिल्ड पीटीएफई चुनें। शाफ्ट की अनियमितताओं के अनुरूप बेहतर पकड़, कम लागत और स्थिर या कम गति वाली गतिशीलता पर सरल सीलिंग की आवश्यकता होने पर इलास्टोमर्स का उपयोग करें। हाइब्रिड समाधान इन दोनों खूबियों का संयोजन प्रदान करते हैं।

3. क्या इलास्टोमर लिप सील उच्च आरपीएम पर काम कर सकती हैं?

इलास्टोमर लिप सील मध्यम आरपीएम पर काम कर सकती हैं; कई निर्माता इन्हें सामान्य हाइड्रोलिक या लुब्रिकेटेड सिस्टम में लगभग 8-15 मीटर/सेकंड की सतह गति तक के लिए उपयुक्त मानते हैं। इससे अधिक गति के लिए सामग्री का सावधानीपूर्वक चयन, लुब्रिकेशन और हीट मैनेजमेंट आवश्यक है।

4. शाफ्ट की फिनिश और रनआउट कितनी महत्वपूर्ण है?

अत्यंत महत्वपूर्ण। कम घर्षण वाली सामग्रियों (PTFE) के लिए, मैं बेहतर फिनिश (Ra < 0.4 µm) और रनआउट/लहरदारपन को नियंत्रित करने पर ध्यान केंद्रित करता हूँ। इलास्टोमर्स थोड़ी खुरदरी फिनिश को सहन कर सकते हैं, लेकिन स्थानीय अतिभार और तेजी से घिसाव से बचने के लिए रनआउट को कम से कम किया जाना चाहिए।

5. क्या हाई-स्पीड सील के लिए मुझे हमेशा बैक-अप रिंग की आवश्यकता होती है?

हमेशा नहीं, लेकिन दबावयुक्त प्रणालियों या जहां सील के बाहर निकलने का खतरा हो, वहां PTFE या PEEK बैक-अप रिंग आम हैं। बैक-अप रिंग गति पर ज्यामिति को स्थिर करने और स्पंदन-प्रेरित विस्फोट को कम करने में भी मदद करती हैं।

6. मैं हाई-स्पीड सील डिज़ाइन को कैसे मान्य करूँ?

वास्तविक उपकरण या प्रतिनिधि परीक्षण रिग पर प्रोटोटाइप परीक्षण करना अनिवार्य है। विस्तारित कार्य चक्र के दौरान टॉर्क, रिसाव, घिसाव दर और तापमान वृद्धि की पुष्टि करें। आपूर्तिकर्ता के गति/दबाव चार्ट और सामग्री डेटाशीट का उपयोग करके परीक्षणों को पूरा करें।

तकनीकी परामर्श, अनुकूलित सामग्री चयन, या पॉलीपैक की उत्पाद श्रृंखला और परीक्षण क्षमताओं को देखने के लिए, परियोजना सहायता और नमूनों के लिए पॉलीपैक से संपर्क करें। उच्च गति वाले रोटरी अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त समाधान खोजने के लिए उनके मानक और अनुकूलित रोटरी सील, ओ-रिंग, रॉड और पिस्टन सील, बैक-अप रिंग आदि देखें।

संपर्क/परामर्श: अपने परिचालन दायरे पर चर्चा करने और डेटाशीट, परीक्षण रिपोर्ट और अनुकूलित कोटेशन का अनुरोध करने के लिए पॉलीपैक से संपर्क करें।