मैकेनिकल सील में इलास्टोमर क्या है?

एक निराशाजनक आँकड़ा है: सभी सेंट्रीफ्यूगल पंपों के रखरखाव में 60-70% सील से जुड़ी मरम्मत शामिल होती है। मैंने इंजीनियरों को प्रीमियम सील फेस पर हज़ारों खर्च करते देखा है, जबकि वे उस 5 डॉलर की ओ-रिंग को नज़रअंदाज़ कर देते हैं जो पूरी खराबी का कारण बनी।

दोषी? खराब इलास्टोमर चयन।

एक इलास्टोमर यांत्रिक मुहर यह एक लचीला, रबर जैसा पॉलीमर है जो द्वितीयक सीलिंग तत्व का काम करता है। आपको ओ-रिंग्स में इलास्टोमर्स मिलेंगे, धौंकनी, और गैस्केट—वे घटक जो प्राथमिक सील फ़ेस और उनके आवासों के बीच के अंतराल को सील करते हैं। हालाँकि सील फ़ेस पर ही सारा ध्यान जाता है, ये "मूक भागीदार" अक्सर यह तय करते हैं कि आपकी सील महीनों चलेगी या सालों।

मैकेनिकल सील में इलास्टोमर क्या करता है?

प्राथमिक बनाम द्वितीयक सील कैसे काम करती है?

मैकेनिकल सील में प्राथमिक सील दो लैप्ड-फ्लैट चेहरों के बीच का गतिशील इंटरफ़ेस होता है—एक शाफ्ट के साथ घूमता है, दूसरा हाउसिंग में स्थिर। यह आमने-सामने का संपर्क तरल रिसाव को रोकता है।

इलास्टोमर्स बाकी सब कुछ संभालते हैं।

वे द्वितीयक सील बनाते हैं जो अन्य सभी संभावित रिसाव पथों को बंद कर देते हैं। एक ओ-रिंग स्थिर सतह को आवास से सील करती है। दूसरी घूमती हुई सतह को शाफ्ट स्लीव से सील करती है। इन द्वितीयक सीलों को अक्षीय गति को समायोजित करना चाहिए, थोड़ी सी भी गड़बड़ी की भरपाई करनी चाहिए, और कंपन को अवशोषित करना चाहिए—यह सब अपनी सीलिंग शक्ति खोए बिना।

इसे इस तरह से सोचें: सील के चेहरे शो के स्टार हैं, लेकिन इलास्टोमर्स स्टेज क्रू हैं। अगर वे असफल हो जाते हैं, तो पूरा प्रोडक्शन बिखर जाता है।

सील में इलास्टोमर्स के प्रमुख रूप क्या हैं?

आपको इलास्टोमर्स चार मुख्य रूपों में मिलेंगे:

1. ओ-रिंग: सबसे आम सेकेंडरी सील। ये गोलाकार अनुप्रस्थ काट वाले छल्ले खांचे में बैठते हैं और संयोजी सतहों के बीच संकुचित होते हैं। स्थापित करने में आसान, व्यापक रूप से उपलब्ध, और विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में प्रभावी।
2. इलास्टोमेरिक धौंकनी: घुमावदार रबर ट्यूब जो शाफ्ट की गति के अनुकूल लचीली होती हैं। ये गतिशील ओ-रिंग्स के फिसलने वाले घर्षण को खत्म करती हैं, जिससे ये उन जगहों पर लोकप्रिय हो जाती हैं जहाँ शाफ्ट का लटकना चिंता का विषय होता है।
3. कप सील और गैस्केट: विशिष्ट डिजाइनों में उपयोग किया जाता है जहां ओ-रिंग ज्यामिति में फिट नहीं होते हैं या जहां अतिरिक्त सीलिंग बल की आवश्यकता होती है।
4. एनकैप्सुलेटेड ओ-रिंग्सइलास्टोमर कोर के ऊपर एक फ्लोरोपॉलीमर जैकेट। ये PTFE के रासायनिक प्रतिरोध को रबर के लचीलेपन के साथ जोड़ते हैं।

मैकेनिकल सील में प्रयुक्त होने वाले इलास्टोमर्स के सामान्य प्रकार क्या हैं?

मैकेनिकल सील अनुप्रयोगों में पाँच इलास्टोमर परिवार प्रमुख हैं। प्रत्येक की अपनी अलग-अलग ताकतें और कमज़ोरियाँ हैं। नीचे दी गई तालिका प्रमुख अंतरों का सारांश प्रस्तुत करती है, जिसके बाद प्रत्येक सामग्री पर गहन नज़र डाली गई है।

सामग्री	तापमान सीमा	सबसे अच्छा है	से बचें
एनबीआर (नाइट्राइल)	-30 डिग्री सेल्सियस 110 डिग्री सेल्सियस	तेल, ईंधन, हाइड्रोकार्बन	ओजोन, उच्च तापमान
EPDM	-50 डिग्री सेल्सियस 150 डिग्री सेल्सियस	पानी, भाप, हल्के रसायन	तेल, पेट्रोलियम
एफकेएम (विटॉन)	-20 डिग्री सेल्सियस 200 डिग्री सेल्सियस	रसायन, ईंधन, उच्च तापमान	कीटोन, एसीटोन
एफएफकेएम	-20 डिग्री सेल्सियस 327 डिग्री सेल्सियस	आक्रामक रसायन, अत्यधिक तापमान	बजट अनुप्रयोग
सिलिकॉन (VMQ)	-60 डिग्री सेल्सियस 230 डिग्री सेल्सियस	विस्तृत तापमान सीमा, स्वच्छ अनुप्रयोग	तेल, विलायक

एनबीआर (नाइट्राइल/बुना-एन)

नाइट्राइल रबर एक कारण से डिफ़ॉल्ट विकल्प है। यह पेट्रोलियम-आधारित तरल पदार्थों को असाधारण रूप से अच्छी तरह से संभालता है और इसकी कीमत प्रीमियम इलास्टोमर्स की तुलना में बहुत कम है।

मैं अधिकांश जल-आधारित और हाइड्रोकार्बन अनुप्रयोगों के लिए NBR की अनुशंसा करता हूँ जहाँ तापमान 110°C से नीचे रहता है। यह अच्छा घर्षण प्रतिरोध प्रदान करता है और -30°C से 110°C तक के व्यावहारिक तापमान रेंज में अपने गुणों को बनाए रखता है।

क्या बात है? एनबीआर ओज़ोन और सूर्य के प्रकाश में खराब हो जाता है। यह कीटोन या क्लोरीनयुक्त हाइड्रोकार्बन जैसे ध्रुवीय विलायकों को भी नहीं झेल सकता। बाहरी प्रतिष्ठानों या रासायनिक संयंत्रों के लिए, कहीं और देखें।

एक बात जानने लायक है: एनबीआर में एक्रिलोनाइट्राइल की मात्रा इसके गुणों को प्रभावित करती है। उच्च एक्रिलोनाइट्राइल (38-50%) तेल प्रतिरोध को बढ़ाता है लेकिन कम तापमान पर लचीलापन कम करता है। कम मात्रा (18-26%) ठंडे वातावरण में बेहतर काम करती है लेकिन तेल में ज़्यादा फूलती है।

EPDM

ईपीडीएम पानी, भाप और हल्के रासायनिक पदार्थों में भी चमकता है। इसकी संतृप्त संरचना इसे ओज़ोन और यूवी विकिरण से पूरी तरह से मुक्त रखती है—जो बाहरी उपकरणों के लिए एक बड़ा फ़ायदा है।

-50°C से 150°C की परिचालन सीमा अधिकांश जल उपचार और HVAC अनुप्रयोगों को कवर करती है। EPDM फॉस्फेट-एस्टर हाइड्रोलिक तरल पदार्थों को भी संभालता है, जो NBR को नष्ट कर देते हैं।

यहाँ एक महत्वपूर्ण सीमा है: EPDM पेट्रोलियम उत्पादों में नाटकीय रूप से फूल जाता है। मैंने देखा है कि खनिज तेल के संपर्क में आने के बाद EPDM O-रिंग का आयतन दोगुना हो जाता है। EPDM का उपयोग कभी भी ऐसे स्थानों पर न करें जहाँ हाइड्रोकार्बन के संपर्क में आने की संभावना हो—यहाँ तक कि ग्रीस या लुब्रिकेंट से होने वाला थोड़ा सा भी संदूषण समस्याएँ पैदा कर सकता है।

जल उपचार संयंत्र, कूलिंग टावर पंप और भाप प्रणालियाँ EPDM क्षेत्र में आती हैं। रिफ़ाइनरियाँ और ईंधन प्रबंधन EPDM क्षेत्र में नहीं आते।

एफकेएम (विटॉन)

विटोन जैसे फ्लोरोइलास्टोमर्स मैकेनिकल सील्स में सर्वोत्तम समग्र रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करते हैं। ये एसिड, ईंधन, तेल और कई ऐसे सॉल्वैंट्स को संभालते हैं जो अन्य इलास्टोमर्स को नष्ट कर देते हैं।

-20°C से 200°C (और अल्प अवधि के लिए 250°C तक) की तापमान क्षमता FKM को गर्म तेल सेवाओं, रासायनिक रिएक्टरों और ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती है।

एफकेएम की कीमत ईपीडीएम से लगभग आठ गुना ज़्यादा है। इस प्रीमियम से आपको 90% से ज़्यादा औद्योगिक रसायनों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता और उत्कृष्ट संपीड़न सेट उच्च तापमान पर प्रतिरोध.

दो चीज़ें जो FKM संभाल नहीं सकता: कीटोन और कम आणविक भार वाले एस्टर। एसीटोन, MEK और एथिल एसीटेट FKM को तेज़ी से फुला देंगे। इन तरल पदार्थों के लिए, आपको FFKM या किसी गैर-इलास्टोमेरिक विकल्प की आवश्यकता होगी।

रासायनिक प्रसंस्करण, दवा निर्माण, तथा तेल एवं गैस प्रतिष्ठान आमतौर पर FKM को मानक इलास्टोमर के रूप में निर्दिष्ट करते हैं।

एफएफकेएम (परफ्लुओरोएलास्टोमर)

जब कुछ भी नहीं बचता, तो एफएफकेएम आगे आता है। कालरेज़ और केमराज जैसे परफ्लुओरोइलास्टोमर्स, रबर की लोच बनाए रखते हुए, पीटीएफई के करीब रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

एफएफकेएम -20° सेल्सियस से 327° सेल्सियस तक के तापमान को सहन कर सकता है तथा पिघली हुई क्षारीय धातुओं और कुछ फ्लोरीनयुक्त यौगिकों को छोड़कर लगभग हर रसायन का प्रतिरोध करता है।

कीमत प्रदर्शन को दर्शाती है: FFKM सील की कीमत NBR समकक्षों की तुलना में 50-100 गुना ज़्यादा होती है। आप FFKM का ज़िक्र यूँ ही नहीं करेंगे।

मैं आक्रामक रासायनिक सेवाओं, अर्धचालक निर्माण और दवा अनुप्रयोगों के लिए FFKM की अनुशंसा करता हूँ जहाँ संदूषण बर्दाश्त नहीं किया जा सकता। लागत उचित है जब एक ही सील विफलता इससे लाखों का डाउनटाइम या उत्पाद हानि होती है।

सिलिकॉन (VMQ)

सिलिकॉन किसी भी सामान्य इलास्टोमर की तुलना में सबसे व्यापक व्यावहारिक तापमान सीमा प्रदान करता है: -60°C से 230°C तक। यह क्रायोजेनिक परिस्थितियों में लचीलापन बनाए रखता है, जहाँ अन्य इलास्टोमर भंगुर हो जाते हैं।

ओज़ोन और यूवी प्रतिरोध क्षमता ईपीडीएम को टक्कर देती है। एफडीए और खाद्य-ग्रेड फॉर्मूलेशन, सिलिकॉन को खाद्य प्रसंस्करण और दवा अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा विकल्प बनाते हैं।

सिलिकॉन की कमज़ोरी यांत्रिक है। यह आसानी से फट जाता है, गतिशील अनुप्रयोगों में जल्दी घिस जाता है, और पेट्रोलियम उत्पादों में फूल जाता है। इसका संपीड़न प्रतिरोध औसत दर्जे का है।

स्वच्छ वातावरण में स्थिर या कम गति वाले अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन का उपयोग करें। डेयरी उपकरण, चिकित्सा उपकरण और प्रयोगशाला उपकरण आदर्श अनुप्रयोग हैं। उच्च गति वाले पंप और अपघर्षक सेवाएँ उपयुक्त नहीं हैं।

आप अपने अनुप्रयोग के लिए सही इलास्टोमर का चयन कैसे करते हैं?

इलास्टोमर चयन को कौन से कारक निर्धारित करते हैं?

सही इलास्टोमर का चयन छह प्रश्नों पर निर्भर करता है:

1. कौन सा द्रव सील से संपर्क करेगा? रासायनिक अनुकूलता पर कोई समझौता नहीं किया जा सकता। एक असंगत इलास्टोमर कुछ हफ़्तों में, कभी-कभी तो कुछ ही दिनों में खराब हो जाएगा।
2. तापमान सीमा क्या है? निरंतर परिचालन तापमान और अधिकतम तापमान दोनों पर विचार करें। 80°C पर चलने वाला पंप भाप से सफाई के दौरान 150°C तक पहुँच सकता है।
3. सील पर कैसा दबाव पड़ेगा? उच्च दाब के लिए बेहतर निष्कासन प्रतिरोध वाले इलास्टोमर्स की आवश्यकता होती है। कठोर ड्यूरोमीटर (80-90 शोर A) निबलिंग को रोकने में मदद करते हैं।
4. क्या अनुप्रयोग स्थिर है या गतिशील? गतिशील सीलों को स्थैतिक सीलों की तुलना में कम संपीड़न और बेहतर घिसाव प्रतिरोध की आवश्यकता होती है।
5. कौन से नियम लागू होते हैं? एफडीए, एनएसएफ, यूएसपी क्लास VI और अन्य प्रमाणपत्र खाद्य, जल और चिकित्सा अनुप्रयोगों में आपके सामग्री विकल्पों को सीमित करते हैं।
6. आपका बजट क्या है? FFKM आदर्श हो सकता है, लेकिन NBR भी पर्याप्त हो सकता है। सामग्री का मिलान वास्तविक सेवा आवश्यकताओं से करें।

आप रासायनिक अनुकूलता की जांच कैसे करते हैं?

रासायनिक अनुकूलता पर कभी अनुमान न लगाएँ। मैंने इंजीनियरों को विटोन को "सामान्य रासायनिक सेवा" के लिए निर्दिष्ट करते देखा है, लेकिन बाद में पता चला कि इस प्रक्रिया में एसीटोन से धुलाई भी शामिल थी जिससे हर महीने सील नष्ट हो जाती थी।

पार्कर, ट्रेलेबॉर्ग, या फ्रायडेनबर्ग जैसे सील निर्माताओं के संगतता चार्ट से शुरुआत करें। ये चार्ट हज़ारों रसायनों के लिए इलास्टोमर प्रदर्शन को A (उत्कृष्ट) से D (अनुशंसित नहीं) तक रेट करते हैं।

सील के संपर्क में आने वाले हर तरल पदार्थ की अनुकूलता की जाँच करें—सिर्फ़ प्राथमिक प्रक्रिया तरल पदार्थ की ही नहीं। सफ़ाई एजेंट, रोगाणुनाशक और सूक्ष्म संदूषक, सभी महत्वपूर्ण हैं।

तापमान समीकरण को नाटकीय रूप से बदल देता है। हर 10°C की वृद्धि पर रासायनिक अभिक्रिया दर लगभग दोगुनी हो जाती है। एक इलास्टोमर जो 25°C पर किसी रसायन को संभालता है, 80°C पर विफल हो सकता है। हमेशा अपने वास्तविक ऑपरेटिंग तापमान पर संगतता की जाँच करें।

यदि द्रव सूचीबद्ध न हो या आप अनिश्चित हों, तो स्थापना से पहले परीक्षण करें। एक नमूना ओ-रिंग को 72 घंटों के लिए परिचालन तापमान पर द्रव में डुबोएँ, फिर सूजन, सख्त होने या भार में परिवर्तन की जाँच करें। 10% से अधिक आयतन परिवर्तन असंगति का संकेत देता है।

आपको किन भौतिक गुणों का मूल्यांकन करना चाहिए?

रासायनिक अनुकूलता के अलावा, चार भौतिक गुण सील के प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं:

संपत्ति	इसका क्या मतलब है	सामान्य मूल्य
संपीड़न सेट	निचोड़े जाने के बाद इलास्टोमर कितनी अच्छी तरह ठीक हो जाता है	कम बेहतर है; <20% उत्कृष्ट है
ड्यूरोमीटर कठोरता	इंडेंटेशन का प्रतिरोध	अधिकांश सीलों के लिए 70-90 शोर ए
तनन - सामर्थ्य	टूटने से पहले अधिकतम तनाव	7-20 एमपीए सामान्य
बढ़ाव	टूटने से पहले यह कितनी दूर तक खिंचता है	100-300% सामान्य

संपीड़न सेट दीर्घकालिक सीलिंग के लिए सबसे ज़्यादा मायने रखता है। 50% कम्प्रेशन सेट वाली ओ-रिंग अपनी आधी क्षमता खो चुकी होती है। उद्योग के दिशानिर्देश 80-85% कम्प्रेशन सेट को जीवन-काल के अंत के रूप में मानते हैं।

durometer सीलिंग और एक्सट्रूज़न प्रतिरोध दोनों को प्रभावित करता है। नरम इलास्टोमर्स (60-70 शोर ए) अनियमित सतहों को बेहतर ढंग से सील करते हैं। कठोर इलास्टोमर्स (80-90 शोर ए) उच्च दबाव पर एक्सट्रूज़न का प्रतिरोध करते हैं। अधिकांश मैकेनिकल सील ओ-रिंग 70-85 शोर ए श्रेणी में आते हैं।

निष्कर्ष

इलास्टोमर्स द्वितीयक सीलिंग तत्व होते हैं जो प्राथमिक सील फ़ेस और उनके आवरणों के बीच रिसाव को रोकते हैं। ये पाँच मुख्य श्रेणियों में आते हैं—एनबीआर, ईपीडीएम, एफकेएम, एफएफकेएम, और सिलिकॉन—प्रत्येक विशिष्ट तापमान सीमाओं और रासायनिक वातावरणों के लिए उपयुक्त होता है।

इलास्टोमर का सही चुनाव करने के लिए, सामग्री का आपकी वास्तविक परिचालन स्थितियों से मिलान करना ज़रूरी है। सील के संपर्क में आने वाले हर तरल पदार्थ के लिए रासायनिक अनुकूलता चार्ट की जाँच करें। निरंतर संचालन और अधिकतम भ्रमण, दोनों के लिए तापमान रेटिंग की जाँच करें। भौतिक आवश्यकताओं पर विचार करें: स्थिर या गतिशील, निम्न दाब या उच्च दाब।

जब इलास्टोमर्स अपनी सीमा तक पहुंच जाते हैं - क्रायोजेनिक तापमान, आक्रामक रसायन, अत्यधिक गर्मी - तो पीटीएफई, धातु बेलो और ग्रेफाइट से भरे पदार्थ जैसे विकल्प इस अंतर को भर देते हैं।

आज आप जिस $5 की ओ-रिंग को नज़रअंदाज़ कर रहे हैं, उसकी मरम्मत के लिए आपको कल $50,000 का पछताना पड़ सकता है। इलास्टोमर के चुनाव को सील फेस के चुनाव जितना ही गंभीरता से लें, और आपकी मैकेनिकल सील आपको सालों तक विश्वसनीय सेवा प्रदान करेगी।