Усовершенствованные материалы для резервных колец: улучшенные по сравнению с ПТФЭ для экстремальных температурных условий.

В мире герметизации под высоким давлением и высокой температурой (HPHT)резервное кольцоЭто незаметный герой, предотвращающий катастрофические отказы. Хотя первичный ПТФЭ долгое время был отраслевым стандартом, современные промышленные применения в нефтегазовой и аэрокосмической отраслях выводят давление и температуру за пределы физических ограничений фторполимеров.Polypac Industrial Technology Co., Ltd.Мы наблюдаем значительный сдвиг в сторону высокомодульных термопластов, предназначенных для сопротивления ползучести там, где стандартные материалы выходят из строя.

В этом руководстве сравниваютсяОпорные кольца из PEEK и PTFEи описывает инженерные данные, необходимые для выбора правильного варианта.Решения для герметизации при высоких температурах и давлениях (HPHT).на 2026 год и далее.

Что такое резервное уплотнительное кольцо и почему оно так важно?

Опорное кольцо представляет собой жесткое, негерметичное кольцо, устанавливаемое между уплотнительным кольцом и экструзионным зазором, чтобы предотвратить попадание более мягкого уплотнительного материала в зазор под высоким давлением.

Оно действует как механический барьер. В отличие от эластомерного уплотнительного кольца, которое обеспечивает герметизацию жидкости, единственная цель опорного кольца — уменьшить эффективный зазор экструзии. Без этой поддержки уплотнительное кольцо, подверженное давлению выше 1500 PSI (в зависимости от твердости), будет пластически деформироваться в зазоре между крепежными элементами, что приведет к «закусыванию» или полному разрыву.

Основные функции:

• Защита от экструзии:физически препятствует проникновению уплотнительного кольца в зазор.
• Расширение диапазона допустимого давления:позволяет стандартным уплотнительным кольцам функционировать при давлении >5000 PSI.
• Сохранение формы:поддерживает геометрию уплотнения во время скачков давления.

Предел прочности ПТФЭ: почему стандартные материалы выходят из строя при экстремальных температурах.

Стандартный первичный ПТФЭ выходит из строя в экстремальных условиях из-за «холодной текучести» — явления, при котором материал необратимо деформируется под нагрузкой в ​​сочетании с высоким коэффициентом теплового расширения.

Хотя ПТФЭ химически инертен и обладает низким коэффициентом трения, его механические свойства быстро ухудшаются при нагревании. Инженеры должны внимательно изучить этот вопрос.Свойства наполненного ПТФЭ материалаПри проектировании для условий эксплуатации выше 250°F (121°C) следует учитывать следующие факторы. Согласно данным компании Ossila, прочность на растяжение ПТФЭ составляет примерно 25-35 МПа, в то время как более прочные альтернативы, такие как ПЭЭК, выдерживают 90-100 МПа. Кроме того, термическое расширение ПТФЭ носит нелинейный и резкий характер, часто приводя к расширению кольца за пределы возможностей канавки, что вызывает заедание или сдвиг.

Виды разрушения ПТФЭ:

1. Ползучесть (холодный поток):Под постоянным давлением ПТФЭ медленно «просачивается» в экструзионную полость даже при температуре ниже точки плавления.
2. Тепловое расширение:ПТФЭ расширяется примерно в 10 раз сильнее, чем сталь, что изменяет процент заполнения канавок.
3. Разрушение от сдвига:В динамических условиях мягкий ПТФЭ может отслаиваться, загрязняя гидравлическую жидкость.

Помимо ПТФЭ: лучшие передовые материалы для применения в 2026 году и позже.

Для применений в условиях высоких температур и высоких давлений инженеры переходят на использование полиэфирэфиркетона (PEEK) и полиимида, которые обладают превосходным модулем сжатия и термической стабильностью до 500°F+ (260°C+).

Чтобы выдерживать сокрушительные нагрузки при бурении глубоких скважин или в аэрокосмической гидравлике,высокотемпературные антиэкструзионные кольцадолжны сохранять свою непреклонность.ПолипакВ своей работе мы используем ряд наполнителей, включая ПТФЭ, наполненный бронзой, и ПТФЭ, наполненный углеродом, что позволяет преодолеть разрыв между стандартным ПТФЭ и высокоэффективными термопластами.

1. PEEK (полиэфирэфиркетон)

PEEK — это золотой стандарт для материалов, предотвращающих экструзию под высоким давлением. Он обладает превосходной химической стойкостью и температурой плавления около 343°C. Он жесткий (твердость по Шору D 85) и значительно лучше противостоит ползучести, чем PTFE.

• Лучше всего подходит для:Давление >5000 PSI и температура >300°F.
• Компромисс:Жесткость материала затрудняет установку в закрытые пазы.

2. Полиимид (например, Vespel®)

Полиимид предназначен для самых экстремальных условий. По данным компании American Flexible, полиимид может выдерживать непрерывную температуру до 260°C (500°F) и колебания до 900°F, обеспечивая самую высокую устойчивость к ползучести среди всех полимеров.

• Лучше всего подходит для:Применение в экстремальных температурных и криогенных условиях.
• Компромисс:Высокая стоимость и хрупкость.

3. Наполненный ПТФЭ (стекловолокно/углерод/бронза)

ПолипакКомпания специализируется на таких смесях. Добавляя к ПТФЭ наполнители, такие как стекловолокно или бронза, мы повышаем прочность на сжатие и уменьшаем ползучесть, сохраняя при этом некоторые преимущества базового полимера в плане низкого трения.

• Лучше всего подходит для:Промежуточные значения давления, при которых PEEK слишком дорог или слишком жесток.

Инженерное проектирование геометрии: шарф, спираль или сплошная форма?

Геометрию опорного кольца — сплошное, с косым срезом или спиральное — необходимо выбирать в зависимости от жесткости материала и способа установки.

При переходе от гибкого ПТФЭ к жесткому ПЭК возможность растягивать кольцо на поршне или в цилиндре исчезает. Цельное кольцо из ПЭК нельзя установить в стандартную закрытую канавку без повреждения.

Руководство по выбору геометрии:

• Цельный (неразрезанный):Обеспечивает максимальную устойчивость к экструзии.ДолженИспользуется с разъемными крепежными элементами (двухкомпонентными сальниками) или открытыми пазами.
• Крой шарфа (косой крой):Стандартный для отрасли материал PEEK. Одинарный угловой срез (обычно 30° или 45°) позволяет кольцу немного раскрыться для установки. Угол обеспечивает эффективное закрытие зазора после установки.
• Спираль (контурная):Обычно используется с ПТФЭ. Напоминает сплющенную катушку (2 витка). Отлично подходит для компенсации больших перепадов температуры, но его сложно обрабатывать из твердых пластмасс.

Советы экспертов: Предотвращение отказов в системах высокого давления и высокой температуры

Для предотвращения выхода из строя уплотнения необходимо точно рассчитать «E-зазор» (экструзионный зазор), обеспечив его соответствие пределам прочности материала при максимальном давлении в системе.

Расчет зазора экструзии уплотнительного кольцаЭто крайне важно. Зазор E — это не только статический зазор; он включает в себя растяжение стенки цилиндра под давлением и суммарный допуск крепежных элементов. По данным SKF, максимально допустимый зазор экструзии уменьшается с увеличением давления в системе. Например, при давлении 5000 PSI кольцо из PEEK может выдержать зазор в 0,005 дюйма, в то время как кольцо из PTFE выйдет из строя при зазоре в 0,002 дюйма.

Рекомендации по установке:

1. Отделка поверхности:Более твердые материалы, такие как PEEK, менее щадящие. Убедитесь, что металлические поверхности гладкие (8-16 RMS), чтобы предотвратить износ.
2. Позиционирование:Всегда устанавливайте опорное кольцо на стороне низкого давления уплотнительного кольца. Для создания двустороннего давления используйте два опорных кольца (по одному с каждой стороны).
3. Тепловой рост:Рассчитайте расширение. Если полиимидное кольцо расширяется быстрее, чем стальной сальник, это может привести к заклиниванию системы.

Заключение и призыв к действию

В условиях постоянно растущих в промышленности нагрузок, таких как глубина, давление и температура, использование стандартных уплотнительных колец из ПТФЭ становится рискованным решением. Переход на передовые материалы, такие как ПЭЭК и наполненные термопласты, гарантирует, что ваши уплотнения выдержат самые суровые условия, предотвращая дорогостоящие простои. Имея более 10 000 квадратных метров производственных площадей и специализированное испытательное оборудование,Polypac Industrial Technology Co., Ltd.является вашим партнером в разработке индивидуальных решений для герметизации в условиях высоких температур и давления.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваши конкретные потребности и запросить консультацию по материалам.