Совместимость жидкостей при выборе механического уплотнения

При выборе механических уплотнений важно учитывать взаимодействие жидкости с материалами уплотнений, поскольку это влияет на производительность и срок службы.

Оценка таких факторов, как вязкость, химический состав, режимы смазки и проблемы загрязнения, поможет вам принять обоснованные решения, которые повысят надежность системы.

Свойства жидкости

Вязкость

Вязкость измеряет сопротивление жидкости потоку и существенно влияет на производительность и долговечность уплотнения. Оценка совместимости жидкости требует учета как динамической, так и кинематической вязкости.

Высоковязкие жидкости создают проблемы для механических уплотнений, увеличивая тепловыделение из-за сдвига жидкости. Это может привести к деформации уплотнительной поверхности или чрезмерному износу. Правильные механизмы рассеивания тепла и более твердые материалы уплотнительной поверхности могут справиться с этими проблемами. И наоборот, низковязкие жидкости могут не обеспечивать адекватной смазки между уплотнительными поверхностями, что приводит к более высокому трению и износу.

Вязкость также влияет на способность уплотнения поддерживать стабильную пленку жидкости между уплотнительными поверхностями. Регулировка топографии уплотнительной поверхности или балансировочного коэффициента может быть необходима для оптимизации производительности для определенных диапазонов вязкости.

Чистота

Высокочистые жидкости, такие как те, которые используются в фармацевтической или полупроводниковой промышленности, требуют специализированных уплотнений. Эти уплотнения должны сохранять свою целостность, не загрязняя процесс. И наоборот, жидкости с более высоким уровнем примесей требуют надежных уплотнений с улучшенными системами фильтрации или промывки для предотвращения повреждений.

Оценка наличия абразивных частиц, химических загрязнителей и растворенных твердых веществ в жидкости. Эти примеси могут влиять на материалы уплотнительных поверхностей, вторичные уплотнения и металлургию уплотнительных компонентов. Например, абразивные частицы могут вызывать чрезмерный износ уплотнительных поверхностей, в то время как некоторые химические загрязнители могут разрушать эластомерные компоненты.

Волатильность

При работе с летучими жидкостями необходимо тщательно оценивать их склонность к испарению при нормальных рабочих температурах и давлениях.

Высоколетучие жидкости склонны к вскипанию, когда жидкость превращается в пар на уплотнительных поверхностях, что может привести к сухому ходу и повышенному износу.

Для менее летучих жидкостей выбор уплотнения может быть более гибким. Однако нельзя упускать из виду локальное кипение на поверхностях уплотнения, вызванное теплом трения. Это все равно может привести к нестабильности уплотнения и сокращению срока службы.

Токсичность

Для высокотоксичных жидкостей двойные механические уплотнения или герметичные насосы могут минимизировать риски утечки. Убедитесь, что материалы уплотнений химически устойчивы к токсичной жидкости, чтобы предотвратить деградацию и потенциальные нарушения.

Режим смазки

При выборе механического уплотнения необходимо учитывать режим смазки, который будет происходить между поверхностями уплотнения. Этот режим можно разделить на три основных типа: граничный, смешанный и полностью жидкостная пленка.

Граница

Граничная смазка в механических уплотнениях происходит, когда толщина жидкой пленки уменьшается, что приводит к контакту неровностей на противоположных поверхностях. Это состояние обычно возникает во время запуска, остановки или работы на низкой скорости. При граничной смазке нагрузка в основном поддерживается неровностями поверхности, а не жидкой пленкой.

При граничной смазке опора на пленку жидкости для рассеивания тепла недостаточна. Адекватный отвод тепла должен быть обеспечен дополнительными средствами, такими как системы промывки или охлаждения. Использование специализированных граничных смазок или добавок, которые образуют защитные пленки на поверхностях уплотнения, может значительно снизить износ и продлить срок службы уплотнения.

смешанный

В смешанной смазке сосуществуют как граничная, так и гидродинамическая смазка. В этом переходном состоянии нагрузка частично поддерживается давлением жидкости и частично контактом неровностей.

Смешанная смазка обычно происходит во время запуска, остановки или резких изменений условий эксплуатации. Она характеризуется прерывистым контактом между уплотнительными поверхностями, что приводит к повышенному износу по сравнению с полной смазкой жидкой пленкой.

Соотношение жидкой пленки и граничной смазки может значительно различаться в смешанных режимах. Спроектируйте свое уплотнение так, чтобы оно справлялось с этими колебаниями, обеспечивая плавные переходы между состояниями смазки без ущерба для производительности или срока службы.

Полная жидкая пленка

Полная смазка жидкой пленкой представляет собой наивысший уровень производительности механического уплотнения, достигаемый, когда поверхности уплотнения полностью разделены тонким слоем жидкости. Это разделение происходит из-за гидродинамического давления, создаваемого жидкостью, достаточного для противодействия силе закрытия. В этом режиме износ практически устраняется, а трение сводится к минимуму, что повышает долговечность и надежность уплотнения.

Загрязнение

Абразивные частицы

При работе с абразивными частицами в механических уплотнениях возникают три основные проблемы.

Во-первых, эти частицы могут вызывать чрезмерный износ уплотнительных поверхностей, что приводит к преждевременному выходу уплотнения из строя. Во-вторых, они могут скапливаться между уплотнительными поверхностями, препятствуя надлежащему уплотнению и вызывая утечку. В-третьих, абразивные частицы могут повредить вторичные уплотнительные элементы, такие как уплотнительные кольца или прокладки.

Твердые тела

Частицы твердых загрязняющих веществ могут варьироваться от микроскопических до видимых и могут иметь внешнее происхождение или образовываться внутри самой системы.

Кристаллизация

Кристаллизация происходит, когда растворенные в жидкости твердые вещества выпадают в осадок из раствора, образуя твердые кристаллы, которые накапливаются на поверхностях уплотнения и других компонентах.

Кристаллизация может привести к повышенному износу поверхностей уплотнения, что приведет к преждевременному выходу уплотнения из строя. Кристаллы также могут накапливаться в небольших зазорах, ограничивая движение и потенциально вызывая зависание уплотнения. В экстремальных случаях кристаллизация может полностью заблокировать порты промывки уплотнения или другие критические проходы.

Химическая совместимость

Реакции между жидкостью и материалами уплотнений

Необходимо тщательно изучить возможные взаимодействия между технологической жидкостью и компонентами уплотнения, поскольку они могут привести к деградации, коррозии или даже полному отказу уплотнения.

Оценка химического состава жидкости, температуры и концентрации. Например, фторэластомеры, такие как Viton®, проявляют устойчивость ко многим маслам и растворителям, но могут разрушаться при воздействии определенных кетонов или аминов.

Металлические компоненты также подвержены химическому воздействию. Хотя нержавеющие стали известны своей коррозионной стойкостью, они могут быть уязвимы к определенным химикатам или концентрациям. Сплавы титана и Hastelloy® обеспечивают повышенную устойчивость к более агрессивным жидкостям.

Воздействие на связующие, наполнители

Связующие, как правило, полимеры или смолы, обеспечивают структурную связность композита, а наполнители улучшают такие свойства, как прочность и теплопроводность.

Определенные жидкости могут негативно влиять на связующее, вызывая его размягчение, разбухание или растворение. Такие взаимодействия приводят к деградации уплотнения, нарушению структурной целостности и потенциальному отказу уплотнения.

Наполнители, такие как углерод, графит или керамические частицы, также подвержены взаимодействию с жидкостью. Некоторые жидкости могут вызывать вымывание наполнителей, что снижает эффективность уплотнения. В других сценариях жидкости могут реагировать с наполнителем, изменяя его свойства или вызывая расширение.

Руководство по выбору материала для уплотнительной поверхности

Жидкости с низкой вязкостью

При выборе материалов уплотнительной поверхности для жидкостей с низкой вязкостью вам необходимо рассмотреть комбинации мягкой и твердой поверхности для граничных и смешанных условий смазки. Вы обнаружите, что мягкие материалы поверхности, такие как углерод, часто хорошо сочетаются с более твердыми контртелами, такими как карбид кремния или карбид вольфрама. Такое сочетание может обеспечить лучшую приспособляемость и износостойкость в сложных условиях с низкой вязкостью, где не всегда может поддерживаться полная смазка жидкой пленкой.

Жидкости с высокой вязкостью

При выборе материалов для уплотнительных поверхностей для жидкостей с высокой вязкостью вам следует отдать предпочтение комбинациям твердой и твердой поверхности. Такой подход помогает минимизировать высокие сдвигающие силы, которые могут возникать между уплотнительными поверхностями. Выбирая такие материалы, как карбид кремния или карбид вольфрама для обеих поверхностей, вы снижаете риск чрезмерного износа и сохраняете целостность уплотнения в вязких средах.

Наличие твердых абразивных частиц

При столкновении с жидкостями, содержащими твердые абразивные частицы, вам необходимо отдать приоритет материалам уплотнительной поверхности с более высокой твердостью. Вам следует рассмотреть такие варианты, как карбид вольфрама или карбид кремния, которые обеспечивают превосходную устойчивость к абразивному износу.

Жидкости, склонные к кристаллизации

При работе с жидкостями, склонными к кристаллизации, вам необходимо рассмотреть специальные конструкции уплотнений. Выбирайте конфигурации, которые удерживают технологическую жидкость на внешнем диаметре уплотнения, снижая риск образования кристаллов между поверхностями. Вам также следует выбирать твердые или твердые материалы поверхности со специальными характеристиками, разработанными для минимизации накопления кристаллов и поддержания целостности уплотнения.

Часто задаваемые вопросы

Как часто следует проверять механические уплотнения на совместимость с жидкостями?

Механические уплотнения следует проверять на совместимость с рабочей жидкостью не реже одного раза в квартал, во время планового технического обслуживания, а также при любых изменениях рабочей жидкости или условий эксплуатации.

Может ли совместимость жидкостей меняться со временем из-за колебаний температуры?

Да, совместимость жидкостей может меняться со временем из-за колебаний температуры. Температурные сдвиги могут изменять свойства жидкости, вызывая химические реакции или физические изменения, которые влияют на взаимодействие с уплотнительными материалами.

Существуют ли специальные испытания на совместимость жидкостей для различных типов уплотнений?

Да, специальные испытания для различных типов уплотнений включают погружение, набухание объема и изменение твердости.