Sello de respeto: ganaron

El bajo costo de los sellos no les hace ganar mucho respeto en comparación con otros componentes en un sistema de energía fluida. Sin embargo, los sellos de vástago son uno de los trabajos más difíciles en un sistema de energía fluida. Deben apretar el vástago del pistón lo suficiente para evitar que el fluido presurizado se escape del cilindro. Pero si se aprietan demasiado, se desgastarán prematuramente e incluso pueden dañar la superficie del vástago del pistón. No solo eso, sino que los sellos también deben evitar fugas a altas presiones, bajas presiones, diferentes temperaturas, varias velocidades de varilla y cuando el sistema está inactivo durante días y días.

Un sello eficaz necesita realizar tres funciones básicas:

sello- El elemento de sellado debe ajustarse firmemente contra las irregularidades microscópicas en la superficie de contacto (como la varilla con la ranura del sello o la ranura del pistón con el orificio del cilindro) para evitar la penetración o el paso de fluido presurizado (Figura 1);

Adaptarse a los cambios de brecha – El sello debe ser lo suficientemente elástico para adaptarse a los cambios en la distancia entre las superficies de contacto durante la carrera del cilindro. Este espacio cambia de tamaño debido a cambios en la redondez y el diámetro de la parte cilíndrica. El espacio también puede cambiar de tamaño en respuesta a las cargas laterales. A medida que cambia el tamaño del espacio, el sello debe coincidir con el cambio dimensional para mantener una fuerza de sellado de compresión contra las superficies de contacto adyacentes;y

Anti-extrusión—— El sello debe resistir las fuerzas de corte creadas por el diferencial de presión entre los lados presurizados y no presurizados del sello. Estas fuerzas de corte intentan empujar el sello elastomérico hacia el espacio entre las superficies metálicas adyacentes (Figura 2). El sello debe tener suficiente fuerza y ​​rigidez para resistir la deformación en el espacio y el daño o destrucción.

Una presión más alta mejora el sellado

El sellado a alta presión generalmente se refiere al confinamiento del fluido a presiones superiores a 5000 psi. Por debajo de estas presiones, los sellos de labio de poliuretano electrificado estándar y los sellos de copa en U funcionan bien sin disposiciones especiales. Por encima de ellos, se requiere algún tipo de sello especial.

El material elastomérico también debe sellar y adaptarse a los cambios dimensionales causados ​​por las tolerancias de fabricación, las cargas laterales y la deformación del cilindro bajo presión. Comprenda que, en general, la estanqueidad mejora a medida que aumenta la presión del fluido. La presión del sistema sobre las superficies de sellado intenta comprimir el sello axialmente. Esta compresión fuerza el sello con más fuerza hacia el prensaestopas y ayuda a mejorar la consistencia del sello contra la superficie metálica con la que entra en contacto.

Si la holgura aumenta durante la carrera, la compresión de la elasticidad del sello elastomérico hace que se expanda radialmente y mantenga la fuerza de sellado contra la superficie metálica. Cuando aumenta la holgura, la presión del sistema se combina con la elasticidad del sello para aumentar la fuerza de compresión del sello. En términos generales, a medida que aumenta la presión del sistema, la fuerza de sellado y el efecto de sellado resultante también aumentarán si el sello está diseñado correctamente.

El esfuerzo cortante interno del sello aumenta con la presión del sistema. A medida que aumenta la presión, la tensión finalmente supera el límite físico del elastómero de sellado y se cuela en el espacio. La dificultad planteada por la alta presión no es principalmente un problema de sellado, sino más bien un problema de mantener el sello en su casquillo mientras se mantiene su integridad estructural, ya que el aumento de la presión del sistema obliga al sello a entrar en el espacio.

Casi todos los diseños de sellos de alta presión y tecnologías en servicio involucran la protección de sellos elastoméricos de deformaciones potencialmente dañinas causadas por las altas presiones del sistema. Con un respaldo adecuado para reducir el tamaño del espacio, los elastómeros relativamente frágiles pueden sellar con éxito presiones extremadamente altas.

Cuando se manipula un sello de labio de uretano cargado con durómetro 90 o una copa en U a temperatura ambiente, el sello parece estar hecho de un material muy duro y resistente. Se requieren experimentos elaborados y/o simulaciones informáticas complejas para visualizar cómo se comportará dicho sello dentro de un cilindro hidráulico a temperaturas y presiones de funcionamiento normales. A presiones tan bajas como 600 psi de caucho de nitrilo de dureza 70 y 1500 psi de poliuretano de dureza 90, la sección transversal del sello se deforma significativamente. Cambia de forma casi instantáneamente en respuesta a picos de presión o cambios en el tamaño del espacio.

el material es clave

La clave para el sellado a alta presión es utilizar un material o una combinación de materiales con suficiente resistencia al desgarro, dureza y módulo para evitar la extrusión a través del espacio. A presiones de 5000 a 7000 psi, el material elastomérico más resistente en la configuración de sello estándar resiste la extrusión sin refuerzo. A presiones más altas, los elementos de sellado elastoméricos deben estar soportados por materiales más rígidos y de mayor módulo. Varias configuraciones de copia de seguridad más o menos estándar han demostrado su eficacia a lo largo de los años.

A presiones superiores a 20 000 psi, el espacio de extrusión debe cerrarse y el sello elastomérico debe protegerse con una serie de materiales de mayor módulo y dureza progresiva. Cuando se diseña correctamente, esta disposición de materiales puede evitar el aplastamiento, el desgarro, el corte u otra deformación destructiva del sello elastomérico y distribuir la carga de manera más uniforme entre los elementos que cierran el espacio.

desarrollos recientes

En Europa y Estados Unidos se han desarrollado muchos tipos de aceites vegetales y sintéticos con la tendencia hacia fluidos más amigables con el medio ambiente. Cada uno tiene su propio conjunto de propiedades, muchas de las cuales pueden afectar la efectividad del sellado y la compatibilidad del material de sellado.

La industria del sellado ha seguido el ritmo de la tecnología mediante la introducción de nuevos materiales y compuestos para adaptarse a las propiedades químicas y físicas de estos nuevos fluidos, sin dejar de proporcionar la integridad del sello que los usuarios esperan.

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