طراحی آب‌بندهای مکانیکی PTFE wadge چگونه بر عملکرد آن تأثیر می‌گذارد؟

به عنوان یک تامین کننده فنی متخصص در مهر و موم های مکانیکی گوه ای PTFE، بیش از یک دهه با مهندسان فرآیند، تیم های تعمیر و نگهداری و اپراتورهای تجهیزات در صنایعی مانند فرآوری شیمیایی، داروسازی، و غذا و نوشیدنی کار کرده ام. یک سوال بیشتر از هر سوال دیگری مطرح می شود: چرا برخی از آب بندی های گوه ای PTFE سه برابر بیشتر از بقیه در یک برنامه دوام می آورند؟ پاسخ فقط کیفیت مواد نیست، بلکه در جزئیات طراحی است که یک جزء مهر و موم ساده را به بخش عملکرد محور سیستم شما تبدیل می کند.

مهر و موم های گوه ای PTFE، بر خلاف مهر و موم های مکانیکی فلزی یا الاستومری، بر ویژگی های منحصر به فرد پلی تترا فلوئورواتیلن متکی هستند: ضریب اصطکاک پایین، بی اثری شیمیایی و توانایی انطباق با سطوح نامنظم. اما این ویژگی ها تنها در صورتی مهم هستند که طراحی برای نحوه عملکرد مهر و موم بهینه شده باشد. هنگامی که من برای اولین بار در این زمینه شروع به کار کردم، نصاب ها را می دیدم که پس از چند هفته آب بندهای زیرپارچه را تعویض می کردند، با این فرض که انتخاب مواد ضعیف مقصر بوده است. بیشتر اوقات، این یک نقص طراحی بود - چیزی به کوچکی یک زاویه گوه که با فشار فرآیند مطابقت نداشت، یا پرداخت سطحی که برای مایع پمپاژ شده حساب نمی‌شد.

بیایید با ویژگی اصلی طراحی شروع کنیم: خود گوه PTFE. گوه فقط یک تکه PTFE شکل نیست که روی سطح مهر و موم فشار می آورد. هندسه آن تعیین می کند که چگونه فشار یکنواخت در سطح مشترک آب بندی توزیع شود. به عنوان مثال، مهر و موم مکانیکی WB2 را در نظر بگیرید. این مدل دارای زاویه گوه 15 درجه است که برای کاربردهای فشار کم تا متوسط ​​(تا 150 psi) معمول در خطوط فرآوری مواد غذایی و لبنیات کالیبره شده است. مخروطی ملایم گوه به این معنی است که وقتی فشار فرآیند ایجاد می شود، به جای تمرکز نیرو در یک نقطه، گوه را به تدریج به سمت بیرون هل می دهد. من دیده ام که رقبا از یک گوه تندتر (25 درجه) در کاربردهای مشابه استفاده می کنند که باعث ایجاد اصطکاک بیش از حد بر روی PTFE در طول زمان می شود که منجر به سایش سریعتر و نشتی زودرس می شود. این گوه تندتر ممکن است برای پردازش های شیمیایی با فشار بالا کار کند، اما برای موارد استفاده با فشار پایین بیش از حد (و مضر) است.

رتبه بندی فشار نیز از طراحی گوه جدایی ناپذیر است. برای کاربردهایی که بالاتر از 150 psi کار می کنند - مانند انتقال مواد سوزاننده - سیل مکانیکی جان کرین 59U ما از یک گوه PTFE تقویت شده با طراحی مخروطی دوگانه استفاده می کند. مخروطی اولیه فشار دینامیکی را کنترل می کند، در حالی که یک بخش "قفل" ثانویه از عقب نشینی گوه تحت خلاء شدید یا نوسانات فشار جلوگیری می کند. من یک مشتری در یک کارخانه پتروشیمی داشتم که سه مهر و موم رقیب را روی پمپ های روغن روان کننده فشار قوی خود اجرا کرد که همه آنها ظرف 2 ماه از کار می افتند. تعویض درزگیر جان کرین 59U هر 8 ماه یکبار، زیرا طراحی گوه با بار جانبی که باعث تغییر شکل PTFE می شود، مقابله می کند. این تفاوت بین طراحی برای شرایط کاربردی، به جای یک شکل گوه ای یک اندازه است.

در مرحله بعد، طراحی صورت مهر و موم جفت گیری مستقیماً با عملکرد گوه PTFE در تعامل است. یک اشتباه رایج که من می بینم جفت کردن یک مهر و موم گوه ای PTFE با یک صفحه فلزی معمولی و صیقلی نشده است. PTFE با بی نظمی های سطح مطابقت دارد، اما اگر سطح زبری بالاتر از 10 Ra باشد، گوه نمی تواند یک فیلم آب بندی یکنواخت ایجاد کند. تیم مهندسی ما تمام مهر و موم های ما را در برابر سه استاندارد فینیش صورت آزمایش می کند: 8 Ra برای کاربردهای استاندارد، 6 Ra برای فرآیندهای دارویی با خلوص بالا و 4 Ra برای جابجایی مایع ساینده. به عنوان مثال، مهر و موم مکانیکی John Crane 59B شامل یک صفحه است که برای ریز شیارهای یکنواخت تحت لیزر قرار می گیرد - این شیارها لایه نازکی از مایع روان کننده را نگه می دارند و اصطکاک روی گوه PTFE را کاهش می دهند حتی زمانی که سیال فرآیند روانکاری طبیعی ندارد (مانند آب خالص یا برخی از حلال ها). من سال گذشته یک دسته از اینها را روی پمپ های آب استریل یک کارخانه بیوتکنولوژی نصب کردم. آنها به مدت 10 ماه بدون یک نشتی کار کرده اند، در حالی که مهر و موم های قبلی آنها هر 3 ماه یکبار به دلیل اصطکاک در جریان خشک از بین می رفت.

فرمول مواد داخل گوه یکی دیگر از جزئیات طراحی است که اغلب نادیده گرفته می شود. PTFE عالی است، اما PTFE خالص استحکام کششی کمی دارد و می تواند تحت فشار ثابت جریان سرد داشته باشد. بنابراین، بر اساس کاربرد، پرکننده‌های مناسب را به هسته گوه اضافه می‌کنیم. برای کاربردهای غذایی، از PTFE تقویت‌شده با الیاف شیشه استفاده می‌کنیم که انعطاف‌پذیری را حفظ می‌کند در حالی که در برابر جریان سرد مقاومت می‌کند - این به گوه اجازه می‌دهد در برابر ناهماهنگی جزئی شفت، که یک مشکل بزرگ در پمپ‌های قدیمی است، مهر و موم شود. برای کاربردهای دوغاب ساینده (مانند استخراج معدن یا فرآوری مواد معدنی)، از یک گوه PTFE پر شده با کربن استفاده می کنیم که 30٪ بیشتر از PTFE خالص در برابر سایش مقاوم است. مهر و موم مکانیکی 152، که برای انتقال دوغاب تهاجمی طراحی شده است، دارای یک گوه با پرکننده کربن و یک نوار سایش برنزی جامد در لبه بیرونی است - این از ساییدگی گوه به محفظه آب بندی در طول زمان جلوگیری می کند، حتی زمانی که ماسه یا ذرات از سطح آب بندی اولیه عبور می کنند.

عملکرد دینامیکی، یا نحوه عملکرد آب بندی در حین روشن و خاموش شدن پمپ، جایی است که طراحی واقعاً قابلیت اطمینان را ایجاد یا از بین می برد. یک گوه PTFE که خیلی سفت است نمی تواند با حرکت شفت در حین راه اندازی تنظیم شود و باعث ایجاد شکافی می شود که منجر به نشتی در اولین اجرا می شود. بیش از حد انعطاف پذیر است و می تواند تحت نیروی گریز از مرکز بالا در سرعت های پمپ بالا تغییر شکل دهد. تیم طراحی ما بیش از 12 درجه‌بندی طول‌سنج گوه‌ای مختلف را قبل از استقرار در 55 Shore D میان رده برای اکثر برنامه‌های استاندارد آزمایش کرد. این تعادل به این معنی است که گوه هنگامی که پمپ بیکار است با سطح آب بندی مطابقت دارد و هنگام کار در 3600 RPM کمی با نیروی گریز از مرکز منبسط می شود - و یک فیلم آب بندی ثابت ایجاد می کند. یک مشتری در یک کارخانه تصفیه آب شهری به 152 Mechanical Seal ما از گوه رقیب با طول سنج بالا رفت و گزارش داد که نشت راه اندازی پمپ آنها از 4 ساعت به 15 دقیقه کاهش یافته است. این همان نوع برد عملیاتی است که به هزاران در زمان توقف اجتناب شده اضافه می کند.

مقاومت محیطی یکی دیگر از نکات کلیدی طراحی است، به ویژه برای دماهای شدید یا سیالات خورنده. PTFE خالص می تواند دمای بین -450 درجه فارنهایت تا 500 درجه فارنهایت را تحمل کند، اما وقتی با مواد شیمیایی خشن (مانند اسید سولفوریک غلیظ یا کلر) ترکیب شود، گوه به یک لایه بیرونی محافظ نیاز دارد. تمام مهر و موم های گوه ای PTFE ما شامل یک پوشش بیرونی بی اثر شیمیایی هستند که خواص آب بندی PTFE را کاهش نمی دهد، اما به عنوان یک مانع در برابر نفوذ سیال عمل می کند. من یک بار از یک کارخانه خمیر کاغذ و کاغذ بازدید کردم که در آن مهر و موم های موجود آنها پس از 6 هفته قرار گرفتن در معرض مشروب سفید متورم و ترک خورده بود. جابجایی در مهر و موم های گوه ای روکش شده ما - به ویژه مهر و موم مکانیکی جان کرین 59U برای خدمات سوزاننده فشار بالا - عمر آب بندی را به بیش از 6 ماه افزایش داد. طراحی پوشش به اندازه‌ای نازک است که در انعطاف‌پذیری گوه تداخل نداشته باشد، اما به اندازه‌ای ضخیم است که سیالات خورنده را از شکستن ساختار PTFE جلوگیری کند.

یکی از کم ارزش ترین ویژگی های طراحی، مکانیسم نگهداری گوه در داخل کارتریج سیل است. اگر گوه به طور ایمن در جای خود قرار نگیرد، می تواند در حین کار جابجا شود یا حتی از جای خود خارج شود و منجر به شکست فاجعه بار شود. مهر و موم های ما از یک شیار نگهدارنده استفاده می کنند که در طول ساخت مستقیماً در گوه قالب گیری می شود - این شیار نسبت به چسب یا گیره های فلزی قابل اطمینان تر است که می توانند به مرور زمان سایش یا شل شوند. در طول یک آزمایش میدانی در سال 2021، نیم دوجین پمپ را با کارتریج‌های مهر و موم که دارای گیره فلزی شل بودند و نیمی با نگهدارنده شیارهای قالب‌گیری شده خود اجرا کردیم. مهر و موم های گیره ای همه در عرض 5 ماه از کار افتادند، در حالی که مهر و موم های سبک شیار پس از 12 ماه هنوز با ظرفیت کامل کار می کردند. این یک جزئیات کوچک است، اما یکی از مواردی است که مسئول 70٪ از خرابی های ناگهانی و برنامه ریزی نشده مهر و موم است که من در این زمینه می بینم.

به عنوان یک تامین کننده، من فقط مهر و موم مکانیکی گوه ای PTFE را نمی فروشم - من با مشتریان کار می کنم تا طرح را با کاربرد دقیق آنها مطابقت دهم. مهر و موم که برای یک اتاق تمیز دارویی کار می کند در یک کارخانه شیمیایی با فشار بالا شکست می خورد و بالعکس. به همین دلیل است که ما یک محصول یک اندازه را فشار نمی دهیم. قبل از اینکه آب بندی را توصیه کنیم، برای بررسی فشار فرآیند، دما، نوع سیال، سرعت پمپ و محیط کار وقت صرف می کنیم. چه به مهر و موم مکانیکی WB2 برای فرآوری مواد غذایی با فشار کم نیاز داشته باشید، چه به مهر و موم مکانیکی جان کرین 59U برای انتقال سوزآوری با فشار بالا، چه مهر و موم مکانیکی جان کرین 59B برای جابجایی مایعات دارویی استریل، چه به مهر و موم مکانیکی 152 برای فرآوری دوغاب ساینده نیاز داشته باشید که چگونه کاربردهای طراحی دوغاب ساینده را درک می کند.

اگر با خرابی های مکرر آب بندی، نشت بیش از حد، یا خرابی غیرمنتظره دست و پنجه نرم می کنید، راه حل ممکن است ساده تر از آن چیزی باشد که فکر می کنید. طراحی مناسب مهر و موم گوه ای PTFE می تواند هزینه های تعمیر و نگهداری را تا 50% یا بیشتر کاهش دهد، خاموشی های برنامه ریزی نشده را کاهش دهد و کارایی فرآیند را بهبود بخشد. امروز با تیم متخصصان مهر و موم ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای کاربردی خاص خود صحبت کنید، و بیایید مهر و موم مکانیکی گوه ای PTFE را پیدا کنیم که عملکرد ثابت و قابل اعتمادی را برای عملکرد شما ارائه دهد.

مراجع:

1. "اصول طراحی مهر و موم مکانیکی PTFE و دستورالعمل های کاربردی"، مجله فناوری آب بندی سیال، 2019، جلد. 25، شماره 3، صص 12-18.
2. "ویژگی های عملکردی مهر و موم های گوه ای تقویت شده PTFE در کاربردهای دینامیکی"، مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی کاربران پمپ، 2020، صفحات 45-52.
3. "سازگاری شیمیایی و تخریب PTFE پر شده برای اجزای مهر و موم مکانیکی"، Tribology International، 2021، جلد. 162، ماده 107152.
4. "ارزیابی میدانی طرح های مهر و موم گوه ای PTFE برای کاربردهای پمپ صنعتی"، مجله فناوری نگهداری، 2022، جلد. 37، شماره 6، صص 22-27.