Kiểm tra và cân bằng độ tin cậy của các vòng đệm quay tốc độ cao.

Tôi đã làm việc với các loại phớt quay tốc độ cao trong nhiều năm, và trong bài viết này, tôi tóm tắt các phương pháp tôi sử dụng để kiểm tra và cân bằng phớt nhằm đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong các thiết bị quay đòi hỏi khắt khe. Tôi tập trung vào các chỉ số có thể đo được—tỷ lệ rò rỉ, mô-men xoắn ma sát, tăng nhiệt độ, độ rung/độ lệch tâm và khả năng tương thích vật liệu—và các quy trình cân bằng và kiểm tra đã được chứng minh giúp giảm rủi ro hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ. Các khuyến nghị dưới đây được hỗ trợ bởi các tài liệu tham khảo trong ngành, bao gồm các tiêu chuẩn và nhà cung cấp kỹ thuật để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác minh và thực hiện. Để hiểu các khái niệm cơ bản về phớt cơ khí và phớt quay, hãy xem tổng quan ở phần tiếp theo.Phớt cơ khí (Wikipedia)và thông tin cơ bản về gioăng trục quay/hướng tâm tạiPhớt trục xuyên tâm (Wikipedia).

Tại sao thử nghiệm động lại quan trọng đối với thiết bị quay

Các dạng hỏng hóc của gioăng quay tốc độ cao

Theo kinh nghiệm của tôi, các lỗi thường gặp nhất ở gioăng quay tốc độ cao là:

• Sự tích tụ nhiệt quá mức tại mép làm kín gây ra hiện tượng cứng lại, biến dạng hoặc mất đi các đặc tính đàn hồi.
• Rò rỉ do mòn mép, mòn rãnh hoặc mất tải trọng ban đầu do độ lệch tâm của trục.
• Sự mài mòn và sự truyền vật liệu từ bụi/chất gây ô nhiễm hoặc chất lỏng không tương thích.
• Hiện tượng mài mòn do rung động hoặc hư hỏng nghiêm trọng xảy ra khi sự mất cân bằng gây ra hiện tượng cộng hưởng.

Hiểu rõ các chế độ này cho thấy rằng việc thử nghiệm động trên băng ghế và tại chỗ—dưới tốc độ trục, áp suất và nhiệt độ điển hình—là điều cần thiết để xác nhận tính hiệu quả của giải pháp làm kín.

Tác động đến độ tin cậy và vòng đời sản phẩm

Kiểm tra động giúp kết nối kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với độ tin cậy thực tế ngoài hiện trường. Các chỉ số tôi luôn thu thập là độ rò rỉ (ml/phút hoặc giọt/phút), mô-men xoắn ma sát ổn định (N·m), độ tăng nhiệt độ tại mép gioăng (°C) và biên độ rung (mm hoặc g). Những chỉ số này có mối tương quan chặt chẽ với tuổi thọ của gioăng. Đối với máy móc quay, gioăng duy trì được độ rò rỉ chấp nhận được và mô-men xoắn ma sát ổn định trong phạm vi tốc độ quay và áp suất yêu cầu thường sẽ mang lại tuổi thọ sử dụng có thể dự đoán được.

Các phương pháp kiểm tra chính đối với gioăng quay tốc độ cao

Kiểm tra rò rỉ và ma sát

Việc kiểm tra rò rỉ cần được thực hiện ở tốc độ trục, áp suất và nhiệt độ chất lỏng được kiểm soát. Tôi thực hiện các thử nghiệm từng bước, trong đó áp suất và tốc độ được tăng dần và lượng rò rỉ được ghi lại ở mỗi bước sau khi đạt trạng thái ổn định (thường là 10-30 phút tùy thuộc vào quán tính nhiệt của hệ thống). Thử nghiệm ma sát bao gồm việc đo mô-men xoắn ổn định và mô-men xoắn khởi động bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi mô-men xoắn đã hiệu chuẩn tại vỏ gioăng.

Các tiêu chuẩn tham khảo về kích thước và dung sai của vòng chữ O và gioăng bao gồm ISO 3601; để biết các thông tin chung về gioăng, hãy tham khảo các sổ tay kỹ thuật của nhà cung cấp, chẳng hạn như Sổ tay Vòng chữ O của Parker. Xem tóm tắt ISO:ISO 3601 - Hệ thống thủy lực — Vòng đệm chữ O.

Đo nhiệt và ma sát

Tôi sử dụng các cặp nhiệt điện được gắn gần mép và phương pháp đo nhiệt hồng ngoại bề mặt để lập bản đồ các điểm nóng trong khi trục quay ở tốc độ vòng quay mục tiêu. Đồ thị nhiệt độ theo thời gian ở tốc độ không đổi cho thấy hành vi khi chạy rà và giúp phát hiện tình trạng bôi trơn không đủ hoặc ma sát quá mức. Các thiết bị đo lường điển hình bao gồm:

• Cảm biến momen xoắn độ phân giải cao (đã hiệu chuẩn).
• Cặp nhiệt điện loại K phản hồi nhanh hoặc RTD.
• Camera hồng ngoại dùng để lập bản đồ nhiệt trực quan.

Tốc độ ngoại vi (tốc độ bề mặt) rất quan trọng; hãy sử dụng công thức V = π·D·n/60 (V tính bằng m/s, D tính bằng mét, n tính bằng vòng/phút). Ví dụ, một trục có đường kính 50 mm (D = 0,05 m) ở tốc độ 20.000 vòng/phút có V = π·0,05·20000/60 ≈ 52,36 m/s. Phép tính đó giúp xác định xem có nên sử dụng gioăng môi đàn hồi hay cần sử dụng gioăng mặt bằng PTFE/vật liệu composite hoặc gioăng cơ khí.

Phân tích rung động và độ lệch tâm

Cân bằng và kiểm soát độ lệch tâm là rất quan trọng. Độ lệch tâm trục quá mức tại mặt tiếp xúc của phớt làm kín dẫn đến lực tiếp xúc tuần hoàn và mài mòn nhanh hơn. Tôi khuyên bạn nên đo độ lệch tâm hướng tâm và hướng trục bằng đồng hồ đo độ lệch hoặc cảm biến dịch chuyển và ghi lại phổ rung động bằng gia tốc kế. Các tiêu chuẩn mất cân bằng như...ISO 1940Hướng dẫn đảm bảo chất lượng cân bằng chấp nhận được cho các bộ phận quay; việc khắc phục sự mất cân bằng giúp giảm đáng kể tải trọng động lên gioăng.

Các kỹ thuật cân bằng và thiết lập thực tế

Cân bằng tĩnh so với cân bằng động

Cân bằng tĩnh loại bỏ độ lệch tâm khối lượng trên một mặt phẳng; cân bằng động giải quyết sự mất cân bằng trên hai mặt phẳng và rất cần thiết cho các cụm lắp ráp hoạt động ở tốc độ cao. Đối với nhiều cụm gioăng quay tốc độ cao, tôi thực hiện phương pháp hai bước:

1. Kiểm tra tĩnh và hiệu chỉnh sơ bộ (bằng cách cân hoặc gia công).
2. Cân bằng động trên máy cân bằng ở tốc độ vận hành hoặc gần tốc độ vận hành, sau khi hiệu chỉnh theo dung sai ISO 1940.

Cân bằng động đặc biệt quan trọng khi cụm gioăng bao gồm các bộ chuyển đổi bằng kim loại, các giá đỡ PTFE hoặc các vỏ cứng có thể khuếch đại lực mất cân bằng.

Quy trình đo lường và cân bằng

Một quy trình cân bằng thực tế mà tôi sử dụng:

1. Trang bị cho rôto hai gia tốc kế hoặc một bộ thu tín hiệu tham chiếu một pha.
2. Quay ở tốc độ tăng dần đến tốc độ vòng quay hoạt động và ghi lại biên độ và pha dao động.
3. Tính toán khối lượng hiệu chỉnh cần thiết và vị trí góc của chúng bằng phần mềm máy cân bằng hoặc phương pháp toán học cân bằng hai mặt phẳng tiêu chuẩn.
4. Áp dụng các hiệu chỉnh, kiểm tra lại và lặp lại quy trình cho đến khi độ rung và độ mất cân bằng giảm xuống dưới các giá trị mục tiêu được chỉ định cho ứng dụng.

Để kiểm tra độ kín của gioăng, hãy thực hiện cân bằng khi gioăng đã được lắp đặt (lắp ráp đại diện) nếu có thể, vì hình dạng và sự phân bố khối lượng của gioăng có thể ảnh hưởng đến độ cân bằng và độ lệch tâm của rôto.

Nghiên cứu trường hợp: cân bằng cụm gioăng quay PTFE

Tôi từng cân bằng một cụm phớt trục quay lót PTFE cho máy nén 25.000 vòng/phút. Sử dụng công thức V = π·D·n/60, chúng tôi tính toán được tốc độ ngoại vi trên 50 m/s, vì vậy chúng tôi đã chọn vật liệu môi phớt PTFE có chứa chất độn. Trên máy cân bằng động, chúng tôi phát hiện ra sự mất cân bằng hai mặt phẳng tương đương 0,35 g·mm; sau khi thêm các khối lượng hiệu chỉnh và gia công lại một độ lệch tâm nhỏ trong lớp PTFE, độ rung ở tốc độ vận hành giảm 78% và nhiệt độ phớt giảm 12 °C—kéo dài tuổi thọ dự kiến ​​hơn 3 lần dựa trên tốc độ mài mòn đo được trong các thử nghiệm ban đầu.

Lựa chọn vật liệu, mẹo thiết kế và khả năng của Polypac

So sánh và tính phù hợp của vật liệu

Việc lựa chọn vật liệu là yếu tố quyết định hàng đầu đến hiệu suất tốc độ cao. Tôi so sánh các vật liệu dựa trên phạm vi nhiệt độ, khả năng tương thích hóa học, độ cứng và tốc độ ngoại vi cho phép. Bảng dưới đây tóm tắt các đặc tính tiêu biểu và các trường hợp sử dụng phù hợp — các giá trị này là hướng dẫn điển hình trong ngành và cần được kiểm chứng cho chất lỏng và điều kiện hoạt động của bạn.

Nguồn: bảng dữ liệu của nhà sản xuất và tài liệu kỹ thuật ngành (xem các trang kỹ thuật của nhà cung cấp, ví dụ như...)Con dấu quay Trelleborgvà hướng dẫn chung về gioăng cơ khíWikipedia).

Các phương pháp thiết kế và lắp đặt tốt nhất

Từ các dự án của mình, tôi nhấn mạnh những bước thực tiễn sau:

• Độ nhám bề mặt trục điều khiển: Độ nhám Ra khuyến nghị thường là 0,2–0,8 μm đối với gioăng PTFE và 0,4–1,6 μm đối với gioăng đàn hồi để cân bằng giữa quá trình chạy rà và rò rỉ.
• Xác định khe hở hướng tâm và hướng trục chính xác, cũng như vòng đỡ dự phòng để ngăn ngừa hiện tượng biến dạng do ép đùn khi áp suất tăng đột biến.
• Đảm bảo sự thẳng hàng và giữ chặt vỏ máy để tránh biến dạng gioăng trong quá trình lắp ráp.
• Hãy áp dụng quy trình chạy thử: bắt đầu với tốc độ và áp suất thấp hơn trong vài giờ đầu để ổn định bề mặt tiếp xúc trước khi tăng dần lên điều kiện vận hành thực tế.

Polypac: sản xuất, nghiên cứu và phát triển, và dòng sản phẩm.

Polypac là nhà sản xuất và cung cấp gioăng phớt thủy lực chuyên nghiệp, chuyên về sản xuất gioăng, phát triển vật liệu làm kín và cung cấp các giải pháp làm kín tùy chỉnh cho các điều kiện làm việc đặc biệt. Được thành lập vào năm 2008, Polypac bắt đầu với các loại gioăng PTFE có chất độn (PTFE chứa đồng, PTFE chứa carbon, PTFE chứa than chì, PTFE chứa MoS₂ và PTFE chứa thủy tinh) và hiện nay cũng sản xuất vòng chữ O bằng NBR, FKM, silicone, EPDM và FFKM.

Nhà máy sản xuất vòng cao su và vòng chữ O theo yêu cầu của Polypac có diện tích hơn 10.000 m², với 8.000 m² diện tích nhà xưởng. Thiết bị sản xuất và thử nghiệm của chúng tôi thuộc hàng tiên tiến nhất trong ngành, và chúng tôi duy trì sự hợp tác lâu dài với các trường đại học và viện nghiên cứu trong và ngoài nước. Các sản phẩm cốt lõi bao gồm vòng chữ O, phớt trục, phớt piston, phớt lò xo mặt cuối, phớt gạt, phớt quay, vòng đệm và vòng chắn bụi. Những khả năng này hỗ trợ phương pháp mà tôi đề xuất là kiểm định vật liệu và thiết kế trên các thiết bị thử nghiệm đại diện trước khi đưa vào sử dụng thực tế.

Những ưu điểm của Polypac là: kinh nghiệm sâu rộng về hợp chất PTFE, danh mục sản phẩm đàn hồi đa dạng, khả năng đúc và gia công nội bộ, và phòng thí nghiệm tiên tiến có thể thực hiện các thử nghiệm rò rỉ động, ma sát, nhiệt và độ bền – cho phép chúng tôi liên kết trực tiếp các số liệu trong phòng thí nghiệm với tuổi thọ dự kiến ​​trong thực tế. Đối với các ứng dụng tốc độ cao phức tạp, tôi thường dựa vào các nhà cung cấp có năng lực chuyên môn cao như vậy để tạo ra các hệ thống làm kín tối ưu thay vì chỉ sử dụng các bộ phận có sẵn.

Danh sách kiểm tra thực tế và ví dụ tính toán

Danh sách kiểm tra trước khi kiểm tra

• Thu thập dữ liệu về hình dạng trục, độ nhẵn bề mặt, độ lệch tâm và vật liệu.
• Chọn vật liệu và hình dạng gioăng phù hợp (loại môi gioăng, lực nén lò xo, các tính năng dự phòng).
• Chuẩn bị thiết bị đo: cảm biến momen xoắn, cặp nhiệt điện, camera hồng ngoại, gia tốc kế.
• Xác định ma trận thử nghiệm: các bước tốc độ, các bước áp suất, điểm đặt nhiệt độ, thời gian cho mỗi bước.
• Bao gồm các tiêu chí chấp nhận: độ rò rỉ tối đa, độ tăng nhiệt tối đa, độ rung cho phép.

Ví dụ: tính toán tốc độ thiết bị ngoại vi

Sử dụng công thức V = π·D·n/60. Đối với trục có đường kính 40 mm ở tốc độ 18.000 vòng/phút:

V = π × 0,04 m × 18000 / 60 ≈ π × 0,04 × 300 = π × 12 ≈ 37,7 m/s.

Tốc độ ngoại vi này quyết định xem nên sử dụng gioăng đàn hồi hay gioăng PTFE/vật liệu composite. Ở tốc độ khoảng 38 m/s, tôi thường sẽ chọn gioăng PTFE có chất độn hoặc vật liệu gioăng chuyên dụng cho tốc độ cao, đồng thời lên kế hoạch cân bằng động và chạy thử nghiệm thận trọng.

Câu hỏi thường gặp — Các câu hỏi thường gặp về phớt quay tốc độ cao

1. Đặc điểm của phớt quay tốc độ cao là gì?

Tốc độ cao phụ thuộc vào ứng dụng nhưng thường đề cập đến các trường hợp tốc độ ngoại vi vượt quá ~20–30 m/s. Ở tốc độ này, các hiệu ứng nhiệt, sự gia nhiệt do ma sát và sự mất cân bằng động trở thành những yếu tố thiết kế quan trọng.

2. Làm sao để biết gioăng của tôi có cần cân bằng động hay không?

Nếu cụm lắp ráp hoạt động ở tốc độ vòng quay cao (tốc độ ngoại vi lớn), hoặc nếu độ rung/độ lệch tâm vượt quá giới hạn cho phép, nên thực hiện cân bằng động rôto và cụm gioăng đại diện. Tiêu chuẩn ISO 1940 cung cấp hướng dẫn về kỳ vọng chất lượng cân bằng (ISO 1940).

3. Có thể sử dụng gioăng đàn hồi ở tốc độ rất cao không?

Các loại gioăng đàn hồi bị hạn chế bởi sự tích tụ nhiệt và mài mòn. Đối với tốc độ ngoại vi rất cao (>30–40 m/s), gioăng PTFE hoặc gioăng PTFE có chất độn, hoặc gioăng mặt cơ khí, thường là lựa chọn tốt hơn tùy thuộc vào áp suất và khả năng tương thích với chất lỏng.

4. Những bài kiểm tra nào dự đoán tốt nhất hiệu suất thực tế?

Kết hợp các phương pháp như kiểm tra rò rỉ, mô-men xoắn ma sát ổn định, lập bản đồ nhiệt độ và kiểm tra độ rung/độ lệch tâm ở tốc độ và áp suất tiêu biểu là những phương pháp dự đoán tốt nhất. Kiểm tra vận hành có kiểm soát cung cấp thêm thông tin chi tiết về tốc độ mài mòn dài hạn.

5. Tôi nên chọn vật liệu làm kín như thế nào cho từng loại chất lỏng cụ thể?

Tham khảo biểu đồ tương thích hóa học và bảng dữ liệu của nhà cung cấp, đồng thời xác nhận bằng các thử nghiệm trên băng ghế thử nghiệm ở nhiệt độ và áp suất hoạt động. Đối với các chất lỏng quan trọng hoặc ăn mòn, các lựa chọn FFKM hoặc PTFE có chất độn thường được sử dụng; đối với hệ thống dầu thủy lực, các biến thể FKM hoặc NBR thường phù hợp tùy thuộc vào nhiệt độ.

Liên hệ và các bước tiếp theo

Nếu bạn cần hỗ trợ trong việc xác định hoặc kiểm định các gioăng quay tốc độ cao, tôi khuyên bạn nên thực hiện một chương trình kiểm tra đánh giá ngắn hạn bao gồm các chỉ số về rò rỉ, mô-men xoắn, nhiệt độ và độ rung so với tiêu chí chấp nhận của bạn. Đối với các giải pháp tùy chỉnh, Polypac cung cấp dịch vụ phát triển vật liệu, chạy thử nghiệm nguyên mẫu và thử nghiệm động. Hãy liên hệ với Polypac để thảo luận về việc lựa chọn sản phẩm, quy trình chạy thử và kiểm định tại chỗ, hoặc để yêu cầu bảng dữ liệu và khả năng thử nghiệm phù hợp với ứng dụng của bạn.

Lời kêu gọi hành động: Để được tư vấn hoặc xem thông số kỹ thuật sản phẩm (vòng chữ O, phớt trục, phớt piston, phớt lò xo mặt cuối, phớt gạt, phớt quay, vòng đệm, vòng chắn bụi), hãy liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của Polypac để sắp xếp buổi đánh giá kỹ thuật và kế hoạch thử nghiệm tùy chỉnh.