ما نوع مادة التشحيم المستخدمة في الأختام الميكانيكية؟

تستخدم الأختام الميكانيكية مواد تشحيم مثل الزيوت الاصطناعية والشحوم ومواد التشحيم الجافة والسوائل العازلة أو المخزنة لتقليل الاحتكاك والتآكل. يعتمد اختيار مادة التشحيم المناسبة على عوامل مثل درجة الحرارة والضغط والسرعة وتوافق السوائل واللزوجة.

عندما يتم تركيب الختم الميكانيكي بشكل صحيح وتشغيل المضخة، فإن سطح الختم الدوار يخلق قوة طرد مركزي تسحب طبقة رقيقة من السائل بين أسطح الختم. يعمل هذا الفيلم السائل على تزييت أسطح التلامس، مما يقلل من الاحتكاك والتآكل. يساعد السائل أيضًا في تبديد الحرارة الناتجة عن الأسطح الدوارة، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة والتلف الحراري لمكونات الختم.

أنواع زيوت التشحيم للأختام الميكانيكية

الزيوت الاصطناعية

تُستخدم الزيوت الاصطناعية على نطاق واسع كمواد تشحيم في الأختام الميكانيكية نظرًا لاستقرارها الحراري والتأكسدي الممتاز، وتقلبها المنخفض، وتوافقها مع مختلف أنواع الإيلاستومرات ومواد سطح الختم. تحافظ على لزوجتها على مدى نطاق واسع من درجات الحرارة، مما يضمن التزييت المناسب حتى في البيئات الصعبة. تشمل الزيوت الاصطناعية الشائعة البولي ألفا أوليفينات (PAOs) والبولي ألكيلين جليكول (PAGs) والبولي إيثرات المفلورة (PFPEs).

تُفضَّل الزيوت الاصطناعية في التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة، مثل مضخات تغذية الغلايات أو المفاعلات، حيث قد تتحلل الزيوت المعدنية أو تكوِّن رواسب على أسطح الختم. كما أنها تتفوق في التطبيقات التي تنطوي على مواد كيميائية عدوانية أو سوائل تآكلية يمكن أن تتسبب في تدهور مواد التشحيم التقليدية.

شحم

الشحم عبارة عن مادة تشحيم شبه صلبة تتكون من زيت أساسي ومكثف ومواد مضافة. وهو يوفر خصائص إحكام وتشحيم ممتازة في الأختام الميكانيكية، وخاصة في التطبيقات ذات السرعات البطيئة أو الأحمال العالية أو التشغيل المتقطع. يشكل المكثف طبقة واقية على أسطح الأختام، مما يمنع التلامس المباشر ويقلل من التآكل.

يتم تصنيف الشحوم حسب نوع الزيت الأساسي (معدني أو صناعي أو نباتي) والمكثف (صابوني أو غير صابوني). تُستخدم الشحوم القائمة على الليثيوم بشكل شائع في التطبيقات العامة، بينما تُستخدم الشحوم المصنوعة من السيليكون أو المفلورة أو البولي يوريا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية أو الكيميائية العدوانية.

زيوت التشحيم الجافة

تُستخدم زيوت التشحيم الجافة، المعروفة أيضًا باسم زيوت التشحيم الصلبة، في الأختام الميكانيكية حيث لا تكون زيوت التشحيم السائلة أو الشحمية التقليدية مناسبة. يتم تطبيقها كطلاءات رقيقة على أسطح الختم وتوفر التزييت من خلال قوة القص المنخفضة وقدرتها العالية على تحمل الحمل. تشمل زيوت التشحيم الجافة الشائعة الجرافيت وثنائي كبريتيد الموليبدينوم (MoS2) وبولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) ونيتريد البورون السداسي (hBN).

تعتبر زيوت التشحيم الجافة مثالية للبيئات ذات درجات الحرارة العالية أو الفراغ أو الإشعاع حيث تتبخر زيوت التشحيم السائلة أو تتحلل أو تخرج منها الغازات. كما أنها تتفوق في التطبيقات التي تتضمن جزيئات كاشطة أو ملوثات يمكن أن تسد أو تتلف الأختام المزيتة التقليدية.

السوائل الحاجزة والعازلة

في بعض ختم آلي تُستخدم السوائل الحاجزة أو العازلة لتزييت وتبريد أسطح الختم مع عزلها عن سائل العملية. تُستخدم السوائل الحاجزة في الأختام المزدوجة أو المترادفة، حيث تملأ المساحة بين الأختام الأولية والثانوية، مما يوفر بيئة نظيفة ومتوافقة لأسطح الختم. تُستخدم السوائل العازلة في الأختام المزدوجة، حيث يتم الحفاظ عليها عند ضغط أعلى من سائل العملية لمنع التسرب.

يتم اختيار السوائل العازلة والعازلة بناءً على توافقها مع سائل العملية ومواد سطح الختم والمطاط الصناعي. يمكن أن تكون عبارة عن ماء أو زيوت صناعية أو سوائل مُصممة خصيصًا مع إضافات لتعزيز التزييت أو منع التآكل أو مقاومة التدهور. في الصناعات الدوائية أو الغذائية، تُستخدم زيوت التشحيم المخصصة للأغذية أو السوائل المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء لضمان نقاء المنتج وسلامته.

العوامل المؤثرة في اختيار مواد التشحيم

درجة حرارة

يؤثر نطاق درجة حرارة التشغيل بشكل كبير على اختيار مواد التشحيم للأختام الميكانيكية. يمكن أن تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في تحلل مواد التشحيم، مما يؤدي إلى فقدان لزوجتها وخصائصها الوقائية. يمكن أن يؤدي هذا التدهور إلى زيادة تآكل أسطح الختم، مما يقلل من عمر الختم ويحتمل أن يتسبب في حدوث تسربات. على العكس من ذلك، قد تتسبب درجات الحرارة المنخفضة في تكثيف مواد التشحيم، مما يضعف قدرتها على التدفق وتزييت أسطح الختم بشكل صحيح. يضمن اختيار مادة تشحيم ذات نطاق درجة حرارة واسع وثبات حراري جيد الأداء الأمثل في ظل ظروف مختلفة.

توفر الزيوت الاصطناعية، مثل البولي ألفا أوليفينات (PAOs) والبولي إيثرات المفلورة (PFPEs)، استقرارًا ممتازًا في درجات الحرارة العالية مقارنة بالزيوت المعدنية. تحافظ زيوت التشحيم الاصطناعية هذه على لزوجتها وخصائصها التشحيمية حتى في درجات الحرارة المرتفعة.

ضغط

يلعب ضغط التشغيل للنظام أيضًا دورًا حيويًا في اختيار مواد التشحيم. يمكن أن تتسبب الضغوط العالية في تقليص كثافة مواد التشحيم، مما يقلل من قدرتها على تحمل الحمل ويؤدي إلى زيادة التآكل على أسطح الختم. في الحالات القصوى، قد تتسبب الضغوط العالية في تبخر مواد التشحيم، مما يؤدي إلى فقدان التشحيم تمامًا. يضمن اختيار مادة تشحيم ذات مؤشر لزوجة مرتفع ومعامل ضغط-لزوجة جيد الحفاظ على خصائصها التشحيمية في ظل ظروف الضغط العالي.

بالنسبة للتطبيقات ذات الضغط العالي، يمكن أن توفر زيوت التشحيم التي تحتوي على إضافات مثل عوامل الضغط الشديد (EP) وإضافات مقاومة التآكل حماية إضافية. تشكل هذه الإضافات أغشية واقية على أسطح الختم، مما يقلل من التآكل ويمنع تلف السطح تحت الأحمال الشديدة.

سرعة

تؤثر سرعة دوران العمود أيضًا على اختيار مادة التشحيم. تولد التطبيقات عالية السرعة المزيد من الحرارة بسبب الاحتكاك المتزايد، مما قد يؤدي إلى تحلل مادة التشحيم وانخفاض اللزوجة. يمكن أن يؤدي هذا إلى عدم كفاية التشحيم وزيادة التآكل وفشل الختم المبكر.

غالبًا ما يتم تفضيل زيوت التشحيم منخفضة اللزوجة، مثل الزيوت الخفيفة أو الشحوم منخفضة القوام، للتطبيقات عالية السرعة. تتمتع هذه الزيوت باحتكاك داخلي أقل ويمكن أن تتدفق بسهولة أكبر، مما يقلل من توليد الحرارة ويوفر تزييتًا كافيًا لأسطح الختم. توفر الزيوت الاصطناعية، مثل البولي جليكول والإسترات، ثباتًا ممتازًا للقص وهي مناسبة تمامًا للتطبيقات عالية السرعة.

التوافق السائل

إن التوافق بين مادة التشحيم وسائل العملية هو عامل حاسم آخر في اختيار مادة التشحيم. يجب أن تكون مادة التشحيم قادرة على تحمل التعرض لسائل العملية دون أن تتحلل أو تفقد خصائصها التشحيمية. قد تتحلل مواد التشحيم غير المتوافقة، مما يؤدي إلى تكوين رواسب على أسطح الختم أو التسبب في تورم المكونات المرنة، مما يؤدي إلى تسرب وفشل الختم المبكر.

عند اختيار مادة التشحيم، ضع في اعتبارك التركيب الكيميائي لسائل العملية وتفاعله مع أنواع مختلفة من مواد التشحيم. على سبيل المثال، في التطبيقات التي تنطوي على مواد كيميائية أو مذيبات قاسية، قد تكون هناك حاجة إلى زيوت مفلورة أو شحوم بولي إيثر مفلورة (PFPE) بسبب مقاومتها الكيميائية الممتازة. في صناعات الأغذية والأدوية، يجب أن تكون مواد التشحيم صالحة للأغذية ومتوافقة مع اللوائح ذات الصلة، مثل إرشادات NSF H1 أو FDA.

اللزوجة

اللزوجة هي خاصية بالغة الأهمية تحدد قدرة مادة التشحيم على تكوين طبقة مستقرة بين أسطح الختم والحماية من التآكل. تعتمد اللزوجة المثلى على عوامل مثل درجة حرارة التشغيل والضغط والسرعة وتصميم الختم. قد لا توفر مادة التشحيم ذات اللزوجة المنخفضة جدًا سمكًا كافيًا للفيلم، مما يؤدي إلى زيادة الاحتكاك والتآكل. وعلى العكس من ذلك، قد تؤدي مادة التشحيم ذات اللزوجة العالية جدًا إلى زيادة السحب وتوليد الحرارة، مما يضعف أداء الختم.

يجب أن تكون اللزوجة عالية بما يكفي للحفاظ على طبقة تشحيم مستقرة في ظل ظروف التشغيل ولكن منخفضة بما يكفي للسماح بتبديد الحرارة بكفاءة وتقليل خسائر الاحتكاك. يمكن إضافة محسنات مؤشر اللزوجة إلى مواد التشحيم للحفاظ على لزوجتها على نطاق واسع من درجات الحرارة، مما يضمن الأداء الأمثل في الظروف المتغيرة.