Уплотнительные элементы в системах, как правило, используются для контроля жидкости между двумя зонами давления; они предотвращают переход жидкости из одной области в другую. При подаче жидкости под давлением с помощью насоса, компрессора и т. д., создаётся сила, воздействующая на определённую область. Например, в гидравлическом или пневматическом цилиндре сила создаётся за счёт выдвижения или втягивания штока. Благодаря принципу несжимаемости гидравлических жидкостей можно достигать очень высоких усилий. В пневматических системах достигаемая мощность ниже по сравнению с гидравлическими.
Уплотнительные элементы, в зависимости от области применения, можно классифицировать на две основные группы: статические и динамические.
Статическое уплотнение
Обеспечивается герметизация между двумя неподвижными, фиксированными поверхностями. Например: уплотнительные кольца фланцев, соединения труб, прокладки клапанных плит, соединения между головкой поршня и штоком, между трубой и опорным кольцом цилиндра и т. д. В статических применениях важно учитывать шероховатость, плоскостность и качество поверхности контактирующих металлических поверхностей. В противном случае могут возникнуть утечки в виде «потения».
Динамическое уплотнение
Это ситуация, когда уплотнительный элемент обеспечивает герметичность на по крайней мере одной подвижной поверхности — поступательно или вращательно. Также существуют системы, в которых одновременно происходят вращательные и поступательные движения. К наиболее распространённым динамическим уплотнительным элементам относятся поршневые и штоковые уплотнения, а также уплотнения вращающихся валов. В динамических уплотнительных элементах образуется тонкая масляная плёнка. Эта плёнка снижает трение между поверхностью, по которой работает уплотнитель, и самим уплотнителем, предотвращает повышение температуры и обеспечивает длительный срок службы. Конструкция и производство уплотнительных элементов основаны на этом принципе. Если масляная плёнка становится слишком толстой и приводит к утечке, это указывает на потерю герметизирующих свойств уплотнителя. На динамических рабочих поверхностях необходимо строго соблюдать значения шероховатости, указанные в каталоге.
Динамическое – поступательное
Динамическое – вращательное
Статическое
Уплотнительные элементы в своих каналах работают с предварительным натягом по оси «Y», как показано на Рисунке 3.10 (контактное напряжение XT200 в состоянии без давления), при этом их высота проектируется ниже высоты канала. Таким образом, обеспечивается лёгкое заполнение канала под давлением. Точки контакта изделия показаны на изображениях ниже для изделия с формой уплотнительной губки типа нутринг. В конструкциях с губками, называемых нутринг, рабочая жидкость заполняет полость изделия и обеспечивает раскрытие губок в двух направлениях. Контакт, то есть уплотнение, осуществляется на динамических и статических рабочих поверхностях. В поршневом уплотнителе внешняя поверхность работает динамически, а в штоке внутренние поверхности работают динамически, при этом остальные поверхности, сидящие в канале, выполняют функцию статического уплотнения. При выборе уплотнительных элементов важно, чтобы сечение изделия соответствовало прямоугольному типу канала, и по возможности следует отдавать предпочтение изделиям с большей толщиной сечения — это будет самым идеальным выбором для динамических применений.
При выборе толщины сечения также необходимо учитывать материал изделия и условия монтажа.
Уплотнительные элементы с губками
Это изделия с наиболее распространённой конструкцией. Они используются динамически в поршне или штоке гидравлических цилиндров, а также могут применяться статически в крышках. Благодаря своей геометрии, они могут быстро активироваться под давлением рабочей жидкости и эффективно функционировать как при низком, так и при высоком давлении. Структура губок этих изделий напрямую влияет на величину трения и утечки. Поэтому в конструкции губок могут применяться различные формы: прямая, с фаской (угол) и радиусная. С точки зрения утечек: оптимальная масляная плёнка образуется в губках с фаской, самая тонкая — в прямых, а самая толстая — в радиусных. Однако следует помнить, что по мере уменьшения толщины масляной плёнки сила трения увеличивается. По этой причине радиусные губки чаще применяются в пневматических системах, тогда как в гидравлических системах предпочтение отдается нутринг-продуктам с фаской.
Контактное напряжение XT200 (состояние при монтаже – без давления)
Контактное напряжение XT200 (состояние под давлением)
Типы нутрингов по сечению
Типы нутрингов по сечению
Узкое и длинное сечение
Типы нутрингов по форме губок
Современные гидравлические системы характеризуются тяжёлыми условиями эксплуатации и высокими требованиями. В таких системах применяются уплотнительные элементы, изготовленные из различных материалов и конструкций. В составных уплотнительных элементах, изготовленных из двух разных материалов, за уплотнение отвечают материалы с высокими механическими свойствами (прочность на разрыв, удлинение, износостойкость и т.д.), но с более низкой способностью к восстановлению формы по сравнению с эластомерами (например, PTFE, PU), которые контактируют с поверхностью трубы или штока. Для обеспечения надёжного уплотнения при изменяющемся давлении и сохранения контакта с поверхностью в любых условиях, уплотнительные кольца используются в сочетании с эластомером или пружиной. Таким образом, создается постоянное прижимающее усилие на уплотнительный элемент, обеспечивающее герметичность. В термопластичных изделиях типа нутринг, где в полость встроен эластомер (например, o-ring), достигается высокая эффективность при низком и переменном давлении, однако это также приводит к увеличению трения и, как следствие, росту температуры. Поэтому, если система работает на высокой скорости или
В вращающихся системах также часто применяются составные уплотнительные элементы, состоящие из PTFE + эластомер, PTFE + пружина из нержавеющей стали или TPE + эластомерное кольцо. Преднатяг уплотнительных элементов из PTFE зависит от выбранного типа и конструкции пружины. Для получения более подробной информации рекомендуется связаться с нашим отделом продаж.
Изделия в составе с эластомером
Контактное напряжение K17 SEA без давления
Изделия из PTFE в составе с пружиной из нержавеющей стали
В гидравлических цилиндрах используются уплотнительные элементы различной конструкции и из различных материалов, выполняющие разные функции. Уплотнительные элементы, работающие в статическом и динамическом режиме, устанавливаются в систему с определённым преднатягом. На изображении ниже показано, как работают различные элементы в гидроцилиндре. Поэтому при выборе уплотнительных элементов необходимо учитывать условия эксплуатации и выбирать наиболее подходящую систему уплотнения.
В противном случае неподходящие элементы, такие как грязесъёмники, направляющие и другие, могут негативно повлиять на работу основных уплотнительных элементов, повредить металлические поверхности (трубки, штоки) и привести к утечкам.
В заключение, при проектировании системы рекомендуется тщательно подбирать все уплотнительные элементы в соответствии с условиями эксплуатации.
Уплотнительные элементы
Это элементы, работающие в зонах с движением. Они обеспечивают уплотнение, счищая поверхность штока со стороны головки и контактируя с поверхностью цилиндра со стороны поршня. Динамические элементы также могут выполнять статическую функцию (при остановке и фиксации), например, уплотнения поршня и головки.
Статические уплотнительные элементы
Эти элементы размещаются между головкой и трубкой или, в зависимости от конструкции, в задней крышке цилиндра. Также используются для предотвращения внутренней утечки между поршнем и штоком. Примеры статических уплотнителей — крышечные и фланцевые уплотнения.
Уплотнители головки
Размещаются со стороны штока и обеспечивают уплотнение путём счищения поверхности штока. Они удерживают гидравлическую жидкость внутри цилиндра и обеспечивают уплотнение как в статическом (фиксация), так и в динамическом режиме. Создают масляную плёнку на поверхности штока, способствуя снижению трения и предотвращая перегрев.
Уплотнители поршня
Контактируя с внутренней поверхностью трубки, предотвращают прохождение гидравлической жидкости на противоположную сторону. Особенно важны для сохранения позиции цилиндра в состоянии покоя (при фиксации).
Уплотнители предварительного давления
Защищают уплотнитель головки от резких скачков давления. Таким образом, продлевают срок службы основного уплотнителя головки и способствуют его эффективной работе. Также могут препятствовать попаданию возможных посторонних частиц в уплотнитель головки, так как со временем могут смешиваться с маслом.
Грязесъёмники Используются для предотвращения попадания пыли, грязи, воды и других инородных частиц в цилиндр из внешней среды. Существует множество типов грязесъёмников, выполненных из различных материалов и с разными конструкциями, которые счищают или соскребают посторонние частицы, прилипшие к поверхности штока. Также доступны конструкции с внешней кромкой и высокой степенью защиты, предотвращающие проникновение загрязнений в систему снаружи.
Направляющие элементы Предотвращают контакт металл-металл внутри цилиндра. Восстанавливают боковые нагрузки, возникающие при работе цилиндра (подъём груза, прессование и т. д.). Обеспечивают соосность цилиндра, предотвращают деформацию уплотнительных элементов и создают безопасные условия работы. Изготавливаются из прочных материалов с высокой устойчивостью к деформациям и потере размеров под нагрузкой, обычно имеют композитную структуру.
Примечание: Направляющие элементы не выполняют функцию уплотнения в системе. Изготавливаются с прорезями и спиральными каналами, обеспечивающими прохождение рабочей жидкости.
Опорные кольца Уплотнительные элементы должны работать в пределах заданных зазоров при определённых давлениях в зависимости от конструкции и материала. Опорные кольца используются для минимизации зазора позади уплотнительного элемента (динамического или статического) и предотвращения течи при высоком давлении. Опорные кольца могут быть выполнены в различных конструкциях — с разрезом, спиральные, треугольные — и из разных материалов.
Высокая производительность и долговечность уплотнительных элементов зависят от условий в системе. Правильный выбор удлиняет периоды технического обслуживания оборудования, сокращает время простоя и затраты на запасные части. Поэтому перед выбором уплотнительного элемента важно точно определить приведённые ниже параметры.
Давление
Рабочее давление в системе, резкие перепады давления и возникающие удары имеют важное значение при выборе уплотнительного элемента. Особенно в системах с высоким давлением значение зазора (аккумуляции) становится критичным — если зазоры невозможно уменьшить, следует отдавать предпочтение изделиям с опорными кольцами. В гидравлических системах, где температура превышает 60 °C и давление — 250 бар, необходимо выбирать материалы с высокой стойкостью к течению и изделия соответствующей конструкции.
Негативное воздействие давления на уплотнительный элемент может привести к течению материала, деформации изделий и, как следствие, утечкам. При низких давлениях рекомендуется использовать изделия типа нутринга, изготовленные из материалов с меньшей жёсткостью.
Температура
Минимальная и максимальная рабочая температура, а также продолжительность её воздействия на систему имеют большое значение. Температура рабочей жидкости — ещё один важный параметр в гидравлическом цилиндре, но температура, воздействующая на уплотнительный элемент, может быть ещё выше под действием давления. Температура значительно влияет на износостойкость, стойкость к течению, химическую стойкость и способность к восстановлению формы уплотнительных элементов. При высоких температурах (60 °C и выше) материалы с низкой жёсткостью могут течь даже при низком давлении, износ ускоряется, а структура становится хрупкой. При отрицательных температурах могут наблюдаться негативные изменения, такие как уменьшение размеров, затвердевание и потеря эластичности у уплотнительных элементов, изготовленных из материалов, не предназначенных для работы в холодных условиях. Поэтому при выборе продукции необходимо учитывать температурные диапазоны, указанные в каталоге.
Тип рабочей среды (жидкость или газ)
Выбор уплотнительного элемента, совместимого с жидкостью или газом, с которым он будет контактировать, имеет критически важное значение для срока службы и производительности системы. Для уменьшения износа, бесшумной работы и увеличения срока службы рекомендуется использовать жидкости с хорошими смазывающими свойствами. Рабочая среда может взаимодействовать с уплотнительным элементом, вызывая его набухание или усадку, изменение размеров или разрушение химической структуры. В случае использования нестандартной рабочей жидкости, рекомендуется связаться с нашим отделом продаж.
Примеры типов масел: Минеральные масла (HLP), огнестойкие масла на водной основе (HFA, HFB, HFC), огнестойкие масла (HFD-U)
Скорость
Максимальная и минимальная рабочая скорость в цилиндре, а также частота работы — важные параметры для системы. В гидравлических системах линейная скорость обычно составляет 0,5 м/с и ниже. В системах с высокой скоростью на уплотнительной кромке, контактирующей с поверхностью, может возникать температура, превышающая температуру в системе. Если эту температуру не удаётся снизить, это может привести к быстрому старению уплотнительного элемента, потере размеров и свойств материала, износу и утечкам. В таких случаях рекомендуется использовать изделия из материала PTFE для повышения надёжности работы системы.
Конструктивные параметры гидравлического цилиндра
Размеры канавок для уплотнительных элементов, диаметры трубы и штока, допуски, шероховатость рабочих поверхностей, ход цилиндра — всё это важные параметры, которые необходимо учитывать на стадии проектирования и производства. При проектировании следует помнить, что тонкостенные трубы могут расширяться и терять стабильность размеров, а длинные штоки малого диаметра могут прогибаться под нагрузкой. Перед установкой уплотнительных элементов необходимо проконтролировать качество обработки канавок, включая такие операции, как механическая обработка, хонингование и шлифовка. При проектировании следует учитывать параметры фаски, толщину стенки и соотношение размеров, которые будут описаны в разделе «Монтаж».
Рабочая среда и условия эксплуатации
Частота работы цилиндра, наличие остановок в системе, загрязнённость окружающей среды, высокие и низкие температуры, воздействие грязи, воды, льда и других внешних факторов, наклонная установка на транспортных средствах, вертикальная или горизонтальная ориентация системы, точки крепления цилиндров — всё это влияет на выбор. Примечание: производительность уплотнительных элементов зависит от множества факторов. Монтаж, условия эксплуатации, качество поверхностей, рабочее давление, температура, рабочая среда, вибрация, удары и уровень загрязнения должны рассматриваться в комплексе. Значения, указанные в каталоге, являются общими. В случае особых условий (чрезмерные нагрузки, агрессивные или пищевые среды и т. д.) вы можете обратиться в наш отдел продаж за консультацией и выбрать наиболее подходящее решение для вашей системы.
Примеры Конструкции Уплотнений Поршня и Втулки
Тяжёлые Условия Эксплуатации
7+K800+XT200+K73+K29+K86
KBT+K73+K19+K83
K716+K704+K78
K78+K755
K11+K31+K75+K29+K86
K73+K48+K83
Лёгкие Условия Эксплуатации
K06+K33+K73+K84
K69+K15+K83
Низкое Трение
K103+FR200+K79+K84
K79+K17+K83
Сектор Транспортных Средств
K05+K33+K73+K29+K86
K73+K49+K83
K12+XT200+K73+K84
K73+K518X+K83
Аккумулятор
KBT+K41+K753+KKT
Телескопический
KBT+K41+K753+KKT