Методы испытаний вращающихся уплотнений: утечка, износ и долговечность
Методы испытаний вращающихся уплотнений: утечка, износ и долговечность
Введение — Почему испытания вращающихся уплотнений важны для производительности и безопасности
Роторные уплотнения являются важнейшими компонентами вращающихся механизмов: они удерживают жидкости внутри, не допуская попадания загрязнений, и обеспечивают надежную работу в различных отраслях промышленности, от гидравлики до автомобилестроения и технологического оборудования. Выход из строя роторного уплотнения может привести к утечкам жидкости, повышенному трению, простоям, вредному воздействию на окружающую среду и дорогостоящему ремонту. Разработчикам систем и инженерам по техническому обслуживанию необходимы методы испытаний, позволяющие количественно оценить скорость утечек, механизмы износа и долговечность, чтобы выбрать правильную конструкцию и материал уплотнения для конкретного применения. В этой статье описываются практические, проверенные в отрасли методы испытаний, сравниваются их преимущества и ограничения, а также даются практические рекомендации по разработке надежной программы испытаний для роторных уплотнений.
Распространенные виды отказов вращающихся уплотнений: утечки, износ и долговечность
Понимание причин выхода из строя вращающихся уплотнений — первый шаг к разработке соответствующих испытаний. Типичные виды отказов включают:
- Утечка на динамической кромке, вызванная недостаточным контактным давлением, затвердеванием или повреждением уплотнительной кромки, царапинами на поверхности сопрягаемого вала или несовместимыми жидкостями.
- Износ уплотнительных поверхностей и кромок из-за абразивных загрязнений, недостаточной смазки или плохого сочетания материалов, что приводит к увеличению зазоров и возможным утечкам.
- Деградация материала или потеря механических свойств под воздействием тепла, химического воздействия, озона или сжатия приводит к снижению силы уплотнения и преждевременному выходу из строя.
Методы испытаний на герметичность вращающихся уплотнений
Испытание на герметичность позволяет определить объём жидкости, проходящей через уплотнение в динамических условиях. Ниже перечислены и сравнены распространённые методы испытания на герметичность, применяемые к вращающимся уплотнениям.
| Метод | Что он измеряет | Чувствительность | Типичное использование | Плюсы / Минусы |
|---|---|---|---|---|
| Гелиевый масс-спектрометр (анализатор/спад давления) | Обнаружение микроутечек, быстрое проникновение газа | Очень высокая (до 10^-6 мбар·л/с) | Высокочувствительное лабораторное испытание на герметичность | Плюсы: Чрезвычайная чувствительность. Минусы: Дорогое оборудование, работа с газом. |
| Падение давления / Рост давления | Скорость общей утечки, большие утечки | Умеренный | Регулярные испытания на качество и стендовые испытания | Плюсы: Простота и воспроизводимость. Минусы: Низкая чувствительность к микроутечкам. |
| Пузырьковое погружение / Визуальное (жидкость) | Наличие значительной утечки под давлением | Низкий | Полевые проверки, простой контроль качества | Плюсы: Дешевый. Минусы: Качественный, нечувствительный. |
| Вакуумная камера | Обнаружение утечек по выделению газа/повышению давления | От умеренного до высокого | Лабораторные проверки узлов на герметичность | Плюсы: Хорошо подходит для сборок. Минусы: Зависит от размера/крепления. |
| Расходомер / Массовый расход | Измерение объемной скорости утечки | Умеренный | Количественная скорость утечки в условиях эксплуатации | Плюсы: Прямое измерение скорости. Минусы: Требуется стабильный испытательный стенд. |
Рекомендации по выбору: для НИОКР и сертификации новых вращающихся уплотнений сочетайте чувствительный метод (гелий или вакуум) с измерениями расхода при репрезентативных температуре, давлении и скорости. Для контроля качества производства часто достаточно и экономически эффективно проводить испытания на падение давления или использовать расходомер.
Методы испытаний на износ вращающихся уплотнений
Износ определяет скорость удаления материала и изменение эффективности уплотнения в процессе эксплуатации. Типичные испытания на износ для роторных уплотнений включают:
- Испытательные стенды для вращающихся уплотнений — имитируют вращение вала, радиальное давление, рабочую среду и скорость. Они являются наиболее репрезентативным методом для конкретного применения, поскольку обеспечивают реалистичную геометрию кромок и динамический контакт.
- Трибометры типа «штифт-диск» или «блок-кольцо» — создают контролируемую нормальную нагрузку и скорость скольжения для получения коэффициентов износа и данных о трении для пар материалов (полезно для скрининга материалов).
- Стендовые испытания на долговечность — длительные испытания в уменьшенном масштабе или ускоренных условиях для отслеживания объема износа, момента трения, возникновения утечек и изменений рельефа поверхности.
Основные показатели износа, которые необходимо отслеживать для вращающихся уплотнений:
- Объем износа или потеря массы (мг или мм^3 за цикл/час)
- Изменение геометрии поперечного сечения кромки уплотнения
- Момент трения в зависимости от времени
- Шероховатость поверхности вала и кромки уплотнения после испытания (Ra, Rz)
Испытания на прочность и ускоренный срок службы вращающихся уплотнений
Испытания на долговечность подтверждают, как долго вращающееся уплотнение будет работать в ожидаемых условиях эксплуатации и в экстремальных условиях. Распространенные подходы включают:
- Ускоренные испытания на ресурс (ALT) — увеличение одного или нескольких факторов стресса (температуры, давления, скорости, концентрации загрязняющих веществ) для более быстрого возникновения отказов. Метод ALT с пошаговым нарастанием нагрузки постепенно увеличивает нагрузки до отказа, моделируя распределение ресурса.
- Старение под воздействием окружающей среды — подвергайте уплотнения воздействию повышенной температуры, озона или химических сред (масла, топлива, гидравлических жидкостей) и периодически проверяйте механические свойства (остаточную деформацию, прочность на разрыв, твердость).
- Испытания на циклическое давление/температуру — имитируют реалистичные импульсы давления и термические циклы для выявления путей утечки, связанных с усталостью, и охрупчивания материала.
К отраслевым испытаниям материалов, используемым для оценки долговечности, относятся ASTM D395 (остаточная деформация при сжатии), ASTM D471 (совместимость с жидкостями/набухание) и ASTM D412 (прочность при растяжении). Использование этих стандартизированных испытаний помогает прогнозировать изменения силы уплотнения и эластичности с течением времени.
Пример протокола ускоренного испытания на долговечность вращающихся уплотнений
Типичный протокол, используемый в гидравлике, может быть следующим:
- Базовые измерения: твердость, размеры, скорость утечки, момент трения
- Обкатка: 24–72 часа при номинальной скорости и давлении
- ALT: эквивалент 1000–10 000 часов при температуре на +15–30 °C выше номинальной и повышенной частоте вращения вала или циклическом изменении давления
- Периодические проверки каждые 100–500 часов на предмет утечки, крутящего момента и визуального осмотра
- Критерии окончания срока службы: скорость утечки выше порогового значения, потеря геометрии уплотнительной кромки за пределами спецификации или момент трения, превышающий расчетный предел.
Параметры испытаний и наилучшие практики для получения воспроизводимых результатов
Чтобы сделать результаты испытаний значимыми и воспроизводимыми, контролируйте и сообщайте следующие параметры в явном виде для испытаний вращающихся уплотнений:
- Диаметр вала и чистота поверхности (укажите Ra, обычно 0,2–0,8 мкм для многих вращающихся применений).
- Радиальная нагрузка/натяг кромки и допуски на установку.
- Профили рабочей скорости (об/мин) и ускорения.
- Тип жидкости, вязкость, температура и наличие присадок или загрязняющих веществ.
- Перепад давления на уплотнении и профиль пульсации.
- Температура окружающей среды и жидкости во время испытания.
- Количество циклов/продолжительность испытаний и график отбора проб.
- Методы измерений и калибровка приборов (расходомеры, датчики крутящего момента, профилометры).
Методы метрологии и анализа отказов
Если уплотнение выходит из строя или ведет себя непредвиденно, проведите целевой анализ:
- Оптическая микроскопия и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) для исследования износа и разрушения поверхности губ.
- Профилометрия для количественного измерения канавок износа и изменений профиля кромки.
- Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (ИКФС) или ДСК для проверки химической деградации, изменения плотности сшивки или потери пластификатора.
- Испытание на твердость и растяжение для подтверждения охрупчивания или размягчения.
Выбор правильной программы испытаний для вашего вращающегося уплотнения
Выбор подходящего набора тестов зависит от риска применения, рабочего диапазона и нормативных требований. Используйте следующее руководство по принятию решений:
- Малорисковые и недорогие компоненты: базовые испытания на падение давления для выявления утечек и короткие стендовые испытания на износ.
- Высококачественные или критически важные для безопасности компоненты: полномасштабные роторные установки, ALT, химическая совместимость и трибологический скрининг.
- Новый материал или геометрия: объедините испытания на уровне материалов (ASTM) с оценкой на роторном стенде и расширенной диагностикой.
Сравнительная таблица: выбор материалов для вращающихся уплотнений (качественный)
Ниже приведено краткое практическое сравнение, которое поможет выбрать материалы для вращающихся уплотнений на основе общих приоритетов.
| Материал | Износостойкость | Трение | Химическая совместимость | Диапазон температур | Лучшие приложения |
|---|---|---|---|---|---|
| С наполнителем из ПТФЭ (бронза/углерод/MoS2) | Высокий | Низкий | Хорошо или отлично (много жидкостей) | от -50°С до +200°С | Высокоскоростные вращающиеся уплотнения с низким коэффициентом трения |
| NBR (нитрил) | Умеренный | Умеренный | Подходит для масел и топлива | от -40°С до +120°С | Гидравлические вращающиеся уплотнения в масляных системах |
| FKM (Витон) | Хороший | Умеренный | Отлично сочетается с топливом, маслами и высокотемпературными жидкостями | от -20°С до +200°С | Горячийгидравлические системы, нефтехимический |
| ФФКМ (перфторэластомер) | Хороший | Более высокое трение | Исключительная химическая стойкость | от -20°С до +260°С | Агрессивные химические среды |
| Силикон | Низкий | Низкий | Бедные углеводородами | от -60°С до +200°С | Высокотемпературные роторные применения без использования масла |
Источники информации о поведении материалов: технические паспорта производителей и литература по трибологии содержат подробные числовые свойства, используемые при выборе материала и планировании испытаний.
Polypac — как производитель поддерживает проверенную производительность вращающегося уплотнения
Polypac — это научно-техническийгидравлическое уплотнениепроизводитель и поставщик масляных уплотнений, специализирующийся на производстве уплотнений, разработке уплотнительных материалов и изготовлении по индивидуальному заказугерметизирующие решенияДля особых условий работы. Завод Polypac по производству резиновых колец и уплотнительных колец на заказ занимает площадь более 10 000 квадратных метров, из которых производственные площади составляют 8000 квадратных метров. Наше производственное и испытательное оборудование – одно из самых передовых в отрасли. Будучи одной из крупнейших компаний в Китае, занимающихся производством и разработкой уплотнений, мы поддерживаем долгосрочные связи и сотрудничество с многочисленными университетами и исследовательскими институтами как внутри страны, так и за рубежом.
Компания Polypac, основанная в 2008 году, начинала с производства уплотнений из наполненного ПТФЭ, включая ПТФЭ с бронзовым наполнителем, ПТФЭ с углеродным наполнителем, ПТФЭ с графитовым наполнителем, ПТФЭ с наполнителем MoS₂ и ПТФЭ со стеклонаполнителем. Сегодня мы расширили ассортимент продукции, включив в него уплотнительные кольца из различных материалов, таких как бутадиен-нитрильный каучук (NBR), фторкаучук (FKM), силикон, EPDM и перфторкаучук (FFKM).
Преимущества Polypac при испытании и поставке вращающихся уплотнений
Компания Polypac сочетает в себе собственную разработку материалов, передовое производственное оборудование и полный комплекс испытательных возможностей, что позволяет заказчикам получать уплотнения, проверенные на герметичность, износ и долговечность в реальных условиях. Ключевые преимущества:
- Опыт в области материалов — от композитов на основе ПТФЭ до современных эластомеров, позволяющий выбирать малофрикционные или химически стойкие составы, специально разработанные для вращающихся уплотнений.
- Возможность проведения испытаний — вращающиеся испытательные стенды и климатические камеры позволяют проводить ускоренные испытания на долговечность и герметичность в соответствии со спецификациями заказчика.
- Масштаб и качество — крупномасштабное производство со строгим контролем качества, подходящее как для прототипирования, так и для массовых поставок.
- Сотрудничество с научно-исследовательскими институтами позволяет компании Polypac быть в курсе последних достижений в области трибологии и полимерной науки для улучшения эксплуатационных характеристик вращающихся уплотнений.
Основные продукты для решений по герметизации роторных уплотнений
Компания Polypac производит широкий ассортимент уплотнительных компонентов, используемых в роторных системах, включая уплотнительные кольца, уплотнения штока, поршневые уплотнения,Торцевые пружинные уплотнения, Скребковые уплотнения, Роторные уплотнения,Резервные кольцаи пылевые кольца. Основные конкурентные преимущества:
- Широкий спектр материалов: композиты PTFE, NBR, FKM, FFKM, силикон и другие.
- Индивидуальное формование и обработка: сложные профили и жесткие допуски для вращающихся кромок.
- Расширенные испытания: проверка герметичности, износа и долговечности в соответствии с потребностями применения.
Интерпретация результатов испытаний и принятие проектных решений
После тестирования используйте структурный анализ для принятия решений:
- Перед испытанием установите пороговые значения «прошел/не прошел» (максимально допустимая скорость утечки, максимальный крутящий момент, приемлемый объем износа).
- Сравните относительные характеристики различных материалов и геометрий кромок в идентичных условиях испытаний, чтобы выбрать лучшего кандидата для полевой проверки.
- Используйте модель Вейбулла или другие модели распределения срока службы, полученные в ходе ускоренных испытаний, для оценки срока службы и интервалов технического обслуживания.
- Расследуйте любые неожиданные неисправности с помощью микроскопии и химического анализа, чтобы скорректировать формулу материала, отделку вала или процедуры установки.
Часто задаваемые вопросы (FAQ) — Роторные уплотнения
В: Какое испытание является наиболее важным для вращающихся уплотнений?
A: Единого теста не существует — наиболее надежную оценку дает сочетание динамического испытания на герметичность на роторном стенде, оценки износа (крутящий момент и геометрия кромки) и испытаний на совместимость материалов/старение.
В: Как долго должно проводиться испытание ротора на долговечность?
О: Типичные испытания на выносливость на стенде составляют от 100 до нескольких тысяч часов в зависимости от степени риска. Ускоренные испытания позволяют сократить эквивалентный срок службы до более короткого лабораторного времени, но их следует интерпретировать с осторожностью.
В: Могут ли результаты лабораторных испытаний точно предсказать срок службы в полевых условиях?
A: Лабораторные испытания дают оценку и сравнительные характеристики. Полевые испытания всё же рекомендуются, поскольку реальные загрязняющие вещества, вариабельность сборки и динамика системы могут отличаться от лабораторных условий.
В: Как сделать выбор между роторными уплотнениями с наполнителем из ПТФЭ и эластомера?
A: Уплотнения с наполнителем из ПТФЭ отлично подходят для применения в условиях низкого трения и высоких скоростей, а также там, где требуется химическая стойкость. Эластомеры (NBR, FKM, FFKM) часто обеспечивают лучшую прилегаемость и уплотняющую силу в низкоскоростных или высоконапорных гидравлических вращающихся системах. Испытайте оба варианта в репрезентативных условиях.
В: Какая обработка вала рекомендуется для вращающихся уплотнений?
A: Типичные рекомендуемые значения шероховатости поверхности варьируются от Ra 0,2 до 0,8 мкм в зависимости от материала уплотнения. Слишком гладкая поверхность может способствовать прерывистому скольжению, а слишком шероховатая — увеличивает износ — всегда проверяйте на испытательных стендах.
Свяжитесь с Polypac — запросите тестирование или просмотр продукции
Если для вашего проекта требуются проверенные роторные уплотнения, компания Polypac готова помочь. Мы предлагаем индивидуальный подбор материалов, изготовление прототипов и комплексные программы испытаний (на герметичность, износ и долговечность) для оценки уплотнений, подходящих для вашего конкретного применения. Свяжитесь с нашей технической командой, чтобы обсудить требования к испытаниям или запросить образцы продукции и технические паспорта.
Источники и ссылки
- ASTM International — ASTM D395: Стандартные методы испытаний свойств резины — Остаточная деформация сжатия.
- ASTM International — ASTM D471: Стандартный метод испытаний свойств резины — Влияние жидкостей.
- ASTM International — ASTM D412: Стандартные методы испытаний вулканизированной резины и термопластичных эластомеров — Растяжение.
- ASTM International — ASTM D2000: Стандартная система классификации резиновых изделий для автомобильной промышленности (руководство по выбору материалов).
- ISO 3601: Международная организация по стандартизации — Уплотнительные кольца — Размеры и допуски (ссылки на материалы и размеры).
- Parker Hannifin — Справочник по кольцам круглого сечения / замечания по применению уплотнений вала (техническое руководство по герметизации и методам испытаний).
- SKF — Справочник по уплотнениям валов и технические статьи по испытаниям и трибологии вращающихся уплотнений.
- Trelleborg Sealing Solutions — Технические документы и спецификации по эластомерам и уплотнениям на основе ПТФЭ.
- Избранная литература по трибологии и исследованиям уплотнений (журнальные статьи, в которых рассматривается эффективность и механизмы износа вращающихся манжетных уплотнений).
Polypac — ваш партнер по разработке поворотных уплотнений: проектирование, испытания и поставка решений для продления срока службы уплотнений, уменьшения утечек и обеспечения надежной работы.
Промышленные цилиндровые уплотнения: полное руководство по типам и характеристикам | Polypac
Уплотнения высокого давления: полное руководство по решениям для герметизации высокого давления | Polypac
Промышленные уплотнения: полное руководство по типам, функциям и применению | Polypac
Комплекты уплотнительных колец: полное руководство по выбору и преимущества | Polypac
Уплотнения из ПТФЭ: полное руководство по высокопроизводительным уплотнительным решениям | Polypac
Продукты
Что означает «AS568»?
Каково назначение металлической пружины в уплотнении вращающегося вала?
В чем разница между материалами NBR и FKM?
В чем разница между статическим и динамическим уплотнением?
Как выбрать правильный материал для герметизации?
Будьте в курсе последних новостей отрасли
Подпишитесь на наши статьи и получайте последние новости, рекомендации экспертов и технические обновления прямо на свой адрес электронной почты.
Будьте уверены, что ваша конфиденциальность важна для нас, и вся предоставленная информация будет обрабатываться с максимальной конфиденциальностью.
Компания Polypac — надежный мировой поставщик высокопроизводительных уплотнительных решений, предоставляющий услуги OEM и ODM для отраслей промышленности по всему миру.
Электронная почта:
Телефон/WhatsApp:
© 2025Уплотнения Полипак. Все права защищены.
дмс
ДМС
ДМС