تصميم وتطوير أغطية الزيت

يعتمد تصميم الهياكل المغلقة بالزيت في المقام الأول على ظروف التشغيل وظروف التجميع والظروف البيئية. عوامل مثل أداء الختم ، عمر الخدمة ، المواد ،عملية التصنيعيجب النظر في الكفاءة الاقتصادية. عند تصميم ختم زيت، الخطوة الأولى هي اختيار مادة الختم المناسبة.يجب أن توفر صيغة مركب المطاط المستخدمة مزيجًا معقولًا من الخصائص التي تلبي متطلبات مقاومة الحرارة، مقاومة الزيت، مقاومة الارتداء، وأداء عملية جيدة.

معايير استخدام أغطية الزيت ومعايير التصميم
 

في التصميم الهيكلي ، يجب أن تكون المعايير المستخدمة ومعايير التصميم متوافقة. يمكن توضيح العلاقة بين معايير التصميم والمعايير المستخدمة في الجدول 1.

عند تصميم هيكل الختم الزيتي، يجب مراعاة المعلمات الهيكلية الموضحة في الشكل أدناه.

(1) تداخل الشفاه (d-d1)

إذا كان التداخل كبيرًا ، فسوف تمتد الشفة بشكل مفرط ، مما يسبب الشيخوخة واللبس ، مما يقلل من عمر الخدمة. إذا كان التداخل صغيرًا ، فسيكون أداء الختم ضعيفًا.لأن التداخل يرتبط بالقوة الشعاعية للشفة بأكملها، يجب النظر فيها على نطاق واسع. قيم التداخل الموضحة في الجدول 2 هي للإشارة فقط.

الجدول 2 التداخل بين قطرات العمود المختلفة

(2)قيمة "R" لموضع الربيع

هذه القيمة هي عرض اتصال نظري في التصميم. قيمة "R" أكبر تزيد من عرض الاتصال والاحتكاك. قيمة "R" الأصغر لا تؤدي إلى الختم.قيم "R" لمواقع الينابيع في الجدول 3 هي للإشارة فقط.

(3) طول الخصر

القوة الشعاعية التي توفرها طول الخصر هي حوالي 50٪ من القوة الشعاعية لشفة الختم الزيتي. من المهم الحفاظ على قوة شعاعية منخفضة.إحدى الطرق لتحقيق هذا هو تمديد طول الخصر ختم الزيتومع ذلك ، فإن القطر الخارجي لختم الزيت موحد عمومًا. حتى مساحة التجميع غير الموحدة تحد من هذا العرض أيضًا. وبالتالي ، فإن طول الخصر المستقيم محدود.هذه المشكلة يمكن حلها عن طريق استنتاج قسم منحني من الجزء المستقيم من الخصر.

(4) سمك قسم الخصر

أظهرت التجارب أنه حتى في ظل ضغط منخفض ، يمكن أن يحدث التشوه بسهولة كما هو موضح في الشكل (أ). مجرد سمك الخصر يضر بقدرة الشفة على اتباع الغرابة.الخصر الأكثر سمكاً يضعف عمل الربيع، مما يؤدي إلى قدرة أقل فعالية على متابعة الغرابة من الخصر الرقيق. لحل النزاع بين تشوه الخصر ومتابعة،يوصى بإعادة تشكيل الخصر كما هو موضح في الشكل (ب)هذا يزيد من صلابة الخصر دون المساس بقدرة متبعة الغرابة.

(5) طول الجزء العلوي من الرأس

بعض الرسوم البيانية للقطع العرضي لختم الزيت تصميم طول رأس الجزء العلوي (ت) لتكون مساوية لقطر خندق الربيع (ر). ومع ذلك ، أثناء الاستخدام ، غالبًا ما يسقط الربيع.لمنع الربيع من السقوط، يجب أن يضمن التصميم أن t أكبر من r ، بما يفي على الأقل بالعلاقة التالية: t = 4/3 r.

(6) شكل خندق الربيع

العديد من أغطية الزيت قد ارتكبت خطأ في تصميم خندق الربيع ، وتصميم نصف قطر خندق الربيع (R) و نصف قطر دائرة الربيع (r) إلى قيم مختلفة.لقد وجد التحقق التجريبي أن بعض شفتي الفقمات النفطية لها منطقتان للاتصاللذلك، عندما R=r، حالة توزيع الضغط من الشفة هي الأفضل، مع منطقة اتصال واحدة فقط. ومع ذلك، بسبب معالجة القالب، وتقلص المطاط، وما إلى ذلك،غالبا ما يكون من الصعب جعل الاثنين متساوين تماما في التصنيعالطريقة الوحيدة للحفاظ على فرق صغير بين الاثنين هو الحفاظ على فرق صغير بين الاثنين.

(7) تصميم الإطار المعدني

الوظيفة الرئيسية للإطار المعدني هي تعزيز صلابة الهيكل للختم الزيتي.تعتمد سمكها وطريقة تكوينها على ظروف العمل وظروف تجميع ختم الزيت.

(8) لفائف الربيع

هناك نوعان من الينابيع المستخدمة في أغطية الزيت: الينابيع الجارتر والينابيع الورقية. الينابيع الجارتر هي الأكثر استخداما من الاثنين. للحسابات قطر الربيع، الطول الممتد،وعدد الملفات السلكية، الرجوع إلى المعايير ذات الصلة ودليل التصميم الميكانيكي.

(9) القوة الشعاعية

القوة الشعاعية هي معيار مهم للغاية. يتم تلخيص تأثيرها على أداء أغطية الزيت على النحو التالي:

1. إذا كانت القوة الشعاعية صغيرة جدا ، فإن أداء الختم سيكون ضعيفا ؛ 2. إذا كانت القوة الشعاعية كبيرة جدا ، فإن الارتداء سوف يحدث وتقصر عمر الخدمة ؛ 3.قوة شعاعية تؤثر مباشرة على الاحتكاك ودرجة حرارة منطقة الاتصالعندما تكون القوة الشعاعية كبيرة جدًا ، فإن الاحتكاك يولد حرارة كبيرة ويعجل من شيخوخة الشفة.عندما يكون العمود والمسكن غريبينيجب تطبيق قوة شعاعية مناسبة لضمان أن الشفاه لديها القدرة على التتبع المناسبة.,زيادة أخرى في القوة الشعاعية ستقلل من عمر الختم الزيتي

مادة غطاء الزيت

في الوقت الحالي، يتم تصنيع أغطية الزيت في المقام الأول من المطاط الاصطناعي. لأن اختيارها وتصميمها الهيكلي هي عوامل رئيسية تؤثر على أداء الختم وعمر الخدمة من أغطية الزيت،من المهم فهم خصائص المطاط بدقة واختيار المادة المناسبةيجب تحديد المادة المطاطية الأنسب لختام الزيت بناءً على المعلمات ذات الصلة لختام الزيت: يجب أن تكون القوة الشعاعية على العمود عالية بما يكفي لمنع التسرب ،ولكن منخفضة بما فيه الكفاية للحفاظ على سمك فيلم زيت معين للحفاظ على درجة حرارة الاحتكاك منخفضةيجب أن يكون الختم مناسبًا للتداخل بما فيه الكفاية للتغلب على آثار الغرابة أثناء التشغيل. كما أن منطقة الشفاه في منطقة الاتصال هي عامل حاسم.

مادة غطاء النفط تؤثر بشكل مباشر على هذه المعايير الثلاثة. كما تتغير المادة مع الوقت ودرجة الحرارة، والمعايير الرئيسية تتغير أيضا وفقا لذلك. على سبيل المثال مع زيادة درجة الحرارة،انخفاض معدل المادة، مما يؤدي إلى تغييرات في القوة الشعاعية. التوسع الحراري، تورم المادة الناجم عن الوسيط الختم، وقسوة مركب المطاط كل ذلك يؤثر على القوة الشعاعية وتلائم التداخل.

ولهذه الأسباب، يجب النظر في الخصائص التالية عند اختيار مواد غطاء الزيت: التوافق مع الوسيط الختم، المقاومة للانتفاخ أو التشديد بسبب الوسيط.مقاومة جيدة للحرارة واللباس؛ ومرونة معتدلة لاستيعاب الاختلافات في خشونة العمود والحركة الغريبة.

بسبب التطور المستمر لمكونات مواد المطاط مع ظهور مواد جديدة وتحسين المواد القائمة باستمرار،فيما يلي وصف موجز للمواد الأكثر استخداماً في أغطية الزيت: المطاط النترلي (NBR) ، المطاط البولياكريلات (PAR) ، المطاط السيليكوني، المطاط الفلور (FKM) ، والبوليتاترافلور إيثيلين (PTFE).

المطاط النترلي

يمكن استخدام NBR بكميات أكبر من جميع المنسجات الأخرى مجتمعة في تصنيع الأختام. NBR هو مركب من البوتادين والبروبين، مع محتوى البروبين يتراوح بين 18٪ و 40٪.يتم تصنيفها بأنها منخفضةفي حين أن مقاومة النفط لـ NBR تزداد مع محتوى البروبيلين ، فإن مرونتها في درجات الحرارة المنخفضة تتناقص. لتحقيق أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة ، يجب أن تكون المواد المستخدمة في هذه الحالة متكاملة.بعض مقاومة الوقود و الزيوت في درجات الحرارة العالية غالبا ما يتم التضحية بهايمتلك المطاط النترلي خصائص جسدية ممتازة ، مع مقاومة أفضل لتدفق البرد والدموع والكشط من معظم المطاطات الأخرى. ومع ذلك ، فإنه ليس مقاومًا للأوزون والطقس وأشعة الشمس ،على الرغم من أن هذه الخصائص يمكن تحسينها من خلال تصميم الصياغةالمطاط النيترلي مناسب للاستخدام مع الزيوت القائمة على البترول ، وزيوت الوقود ، والماء ، وزيوت السيليكون وإسترات السيليكون ، ومزيجات الإيثيلين غليكول.غير مناسبة للتواصل مع زيوت EPالهيدروكربونات الهالوجينية والنيتروكربونات وسوائل استر الفوسفات والكيتونات والأحماض القوية وبعض سوائل الفرامل للسيارات.

مطاط البوليكريلات

مطاط البولياكريلات (ACM) هو مستحلب من أكريلات الألكيل مع أحاديات أخرى غير مشبعة. الأكريلات الألكيل المستخدمة عادة هي أكريلات الإيثيلين الإيثيل وأكريلات البوتيل.أداء المطاط البوليا كريلات هو ما بين أن المطاط النتريل والفلور المطاطلأن سلسلة الرئيسي لا يحتوي على روابط مزدوجة، فإنه يعرض مقاومة عالية للحرارة، الأوزون، والطقس.وجود الكلور (Cl) أو (CM) المجموعات الوظيفية على السلاسل الجانبية تعزز المزيد من مقاومة الزيت، مما يسمح باستخدامها في الزيوت الساخنة في درجات حرارة تتراوح بين 170 و 180 درجة مئوية. السمة الرئيسية لهذا المطاط هي مقاومته الممتازة للزيت المعدني والزيت المفرط والزبدة في 178 درجة مئوية.كما أنها تظهر مقاومة ممتازة للشيخوخة والتكسير، مما يجعلها مناسبة لختم الزيت. العيوب الرئيسية تشمل سوء المعالجة ، والتمسك بالملفات أثناء الخلط ، والقدرة المحدودة في درجات الحرارة المنخفضة ، وضعف مقاومة الماء والبخار ،مقاومة ضعيفة لليثيلين غليكول والزيوت العطرية العالية، مجموعة ضغط عالية ، وتآكل كبير للقوالب والعمود المعدنية. مرونة، مقاومة الارتداء، وخصائص العزل الكهربائي هي أيضا ضعيفة نسبيا.بسبب درجة التشبع العاليةفي حين يمكن تحسين مقاومة الارتداء بشكل كبير مع الصياغة المناسبة ، فإنه لا يزال أقل من المطاط النترلي.

مطاط السيليكون

يحتفظ المطاط السيليكوني بخصائصه الميكانيكية على نطاق واسع من درجات الحرارة ، حيث يبقى مرناً عند -65 درجة مئوية وقادرًا على العمل لفترة طويلة عند 230 درجة مئوية.على الرغم من أن خصائصها الميكانيكية يمكن تعزيزها من خلال تركيب خاص، قوته ومقاومته للدموع ومقاومته للكش عادة ما تكون ضعيفة نسبياً. مقاومة القليات والأحماض الضعيفة والأوزون جيدة بشكل عام ، ولكن مقاومة الزيت معتدلة.يمكن تحسين الخصائص الكيميائية باستخدام العوامل المركبةومع ذلك، لا يناسب مطاط السيليكون بشكل عام للاستخدام في الهيدروكربونات مثل البنزين والبارافين والزيت المعدني الخفيف،لأن هذه الوسائط ستسبب تورمها و ترقيتهاالميزة الرئيسية لمطاط السيليكون هي قدرته على الحفاظ على المرونة في درجات حرارة منخفضة للغاية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يتحمل درجات الحرارة العالية لفترات طويلة دون تصلب ،مما يجعلها مناسبة لمجموعة أوسع من أغطية درجات الحرارة العالية والمنخفضة من المطاطات الأخرىبالنسبة للخامات الدوارة ، فإن درجة حرارة تشغيلها أعلى من المطاط العادي. ومع ذلك ، فإن مطاط السيليكون أغلى من معظم المطاطات الأخرى.

المطاط الفلوروسيليكوني هو مطاط أكثر تكلفة. أدائه هو نفسه في الأساس مثل المطاط السيليكوني ، ولكن نطاق تطبيقه أضيق. ميزته الرئيسية هي مقاومة الزيت ،والذي يُقارن بمستوى المطاط النترلي أو يقترب منههذا يسمح له باستخدامه خارج حدود درجة حرارة تشغيل المطاط النيتريل مع توفير مقاومة الزيت التي يفتقر إليها المطاط السيليكوني.

مطاط الفلور

القماش الفلور هو بوليمر مشبع يحتوي على ذرات الفلور على ذرات الكربون في السلاسل الرئيسية أو الجانبية. يمتلك خصائص فريدة وممتازة.يتميز بمقاومته لدرجات الحرارة العالية، الزيوت ، التآكل الشديد ، المذيبات ، التآكل الجوي ، الأوزون ، انخفاض قابلية دخول الغازات ، والخصائص الفيزيائية الممتازة. يمكن أن تعمل باستمرار في درجات الحرارة بين 200 و 250 درجة مئوية.عيباته هي ضعف أداء درجة الحرارة المنخفضة ومجموعة ضغط عاليةتم إجراء أبحاث كبيرة على الصعيدين المحلي والدولي لتحسين مجموعة ضغط المطاط الفلور.

البوليتيترافلور إيثيلين

البلاستيك عادة ما يكون شبه جامد ولا يستخدم عادة كختم. البوليتيترافلوريو إيثيلين (PTFE) هو استثناء. إنه مركب فلوروكربون ذو خصائص فريدة ،على وجه الخصوص مقاومة الهجوم الكيميائي على نطاق واسع من درجات الحرارةيظهر معدل الاحتكاك المنخفض ضد المعادن ، ولكن بدون تعزيز ملء ، تكون قوته الميكانيكية منخفضة. يعد PTFE مفيدًا بشكل خاص في الأختام المصنوعة من الهياكل المركبة.مثلاً، يمكن استخدام PTFE المصنعة أو المصنوعة على حد سواء كواجهة منخفضة الاحتكاك وطلاء مقاوم للكيماويات.

خصائص مواد غطاء الزيت

درجة حرارة تشغيل مواد غطاء الزيت

درجة حرارة التشغيل هي عامل حاسم يؤثر على عمر خدمة أغطية الزيت. تظهر درجات حرارة تشغيل العديد من المواد المستخدمة عادة في أغطية الزيت في الجدول 4.

الجدول 4 درجات حرارة تشغيل مواد غطاء الزيت المستخدمة عادة

تغيرات الأداء في درجات الحرارة المنخفضة تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك الموجودة في درجات الحرارة العالية. مع انخفاض درجة الحرارة ، تصلب جميع الليستومرات تقريبًا تدريجياً بسبب فقدان المرونة ،تباطؤ تعافيهم من التشوهيحدث التبلور أيضًا ، وإن كان ببطء. قبل أن تصل المادة إلى الهشاشة ، إذا لم تكن هناك مواد elastomer بديلة ، يمكن لقوة الربيع توفير المرونة اللازمة.في درجات حرارة عالية، جميع الليستومرات تفقد مرونتها ويميلون إلى الترقية.عادة ما تظهر على شكل فقدان مرونة وزيادة تدريجية في القسوة والمعيار.

مقاومة الارتداء لمواد غطاء الزيت

المقاومة للارتداء المادية هي عامل حاسم لختام الزيت. مقاومة ارتداء المطاط مرتبطة بقسوة ومقاومة الدموع. بشكل عام ، تتحسن مقاومة الارتداء مع زيادة القسوة.المقاومة الأفضل للدموع تؤدي أيضاً إلى مقاومة أفضل للارتداءوعلاوة على ذلك، فإن مقاومة ارتداء المادة تتأثر أيضا بعوامل مثل معامل الاحتكاك واللمسة لسطح التزاوج.

التوافق مع وسائل الختم

عندما تمتص المادة الوسط السائل، يتغير حجمها. التوسع المفرط يمكن أن يضعف الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمادة، مما يجعلها غير مقبولة.التوسع المفرط يمكن أن يسبب أيضاً تفاعلات كيميائية، مثل الذوبان ، والتفاعلات بين بعض المكونات داخل المادة ، أو هشاشة السطح ، مما يؤدي إلى الشقوق. في هذه الحالات ، لا تتوافق وسيلة الختم والمواد.في بعض الحالات، يمكن لوسيط الختم استخراج المواد الإضافية مثل المسترجين ومضادات الأكسدة من مركب المطاط ، مما يغير تكوين الايستومر وحتى يسبب الانكماش ، مما يؤدي إلى تسرب.للحصول على معلومات حول التوافق بين مواد غطاء الزيت مع بعض الوسائطالرجاء الرجوع إلى الجدول 5.

الجدول 5 التوافق بين مواد غطاء الزيت

من ما سبق، يمكن أن نرى أن تصميم هيكلي لختم الزيت مهم جدا. حتى لو كان مادة غطاء الزيت جيدة جدا، إذا كان تصميمه الهيكلي غير معقول،لا يمكن تحقيق إغلاق فعال.