Introduzione alle guarnizioni a labbro in PTFE per applicazioni rotanti

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Trovare guarnizioni efficaci per superfici dinamiche è stata una sfida importante per decenni e persino secoli, ed è diventata sempre più impegnativa con l’avvento e lo sviluppo di automobili, aerei e macchinari sofisticati.
Oggi vengono sempre più utilizzati materiali termoplastici come le guarnizioni a labbro in politetrafluoroetilene (PTFE) (note anche come guarnizioni per alberi rotanti).
In questo articolo esamineremo più da vicino la vita di una tenuta a labbro rotante in PTFE ad alte prestazioni e la sua evoluzione nel tempo.
Ogni “supereroe” ha una storia di origine.Lo stesso vale per le guarnizioni a labbro in PTFE.I primi pionieri utilizzavano corde, pelle grezza o cinghie spesse come alcuni dei primi sigilli o elementi di tenuta sugli assi delle ruote.Tuttavia, queste guarnizioni tendono a perdere e richiedono una manutenzione regolare.Molte delle odierne aziende produttrici di guarnizioni elastomeriche un tempo erano concerie.
Alla fine degli anni '20, le prime tenute a labbro radiali furono realizzate con scatole di cuoio e metallo con dispositivi di fissaggio.Alla fine degli anni ’40 la pelle cominciò ad essere sostituita dalla gomma sintetica.Dopo 40 anni, molti produttori stanno iniziando a ripensare il loro intero sistema di tenuta, spesso integrando la superficie di tenuta nel gruppo tenuta e utilizzando più labbri con punti di contatto verticali e orizzontali.
Il fluorocarbon è uno di questi produttori.Nel 1982, Fluorocarbon acquisì SealComp, allora una piccola azienda di produzione di guarnizioni a labbro a conduzione familiare con sede nel Michigan.In seguito all'acquisizione, Fluorocarbon Company ha trasferito SealComp in uno stabilimento nella Carolina del Sud per produrre tenute metalliche per l'industria nucleare e petrolchimica.
Questa nuova attività di guarnizioni a labbro è specializzata in pompe e motori idraulici ad alta pressione, alternatori militari e altri prodotti commerciali, tra cui guarnizioni e termostati per alberi a gomiti per camion diesel.
A metà degli anni '90, The Fluorocarbon Company ha cambiato nome in Furon ed è stata acquisita da BD SEALS Solutions™ nel 2001. Ciò aggiunge Furon alla già forte attività di guarnizioni per molle di BD SEALS Solutions™, fondata nel 1955.
Nel 1995, al diametro esterno della guarnizione a labbro BD SEALS Solutions™ è stato aggiunto un nastro elastomerico.Questo viene fatto per eliminare la pressione metallo su metallo e garantire una tenuta ermetica tra il sigillo e il sigillo del corpo del cliente.Successivamente sono state aggiunte funzionalità aggiuntive per la rimozione del sigillo e arresti attivi per rilevare il sigillo e prevenire un'installazione errata.
Ci sono molte somiglianze, ma anche molte differenze, tra le guarnizioni a labbro in gomma elastomerica e le guarnizioni a labbro in PTFE BD SEALS.
Strutturalmente, entrambe le tenute sono molto simili in quanto utilizzano un corpo metallico pressato in una tenuta a corpo fisso e un materiale del labbro resistente all'usura che sfrega contro un albero rotante.Inoltre utilizzano la stessa quantità di spazio quando sono in uso.
Le tenute a labbro elastomeriche sono le tenute per alberi più comuni sul mercato e sono stampate direttamente in un alloggiamento metallico per fornire la rigidità richiesta.La maggior parte delle guarnizioni a labbro in gomma elastomerica utilizzano una molla di estensione come meccanismo di caricamento per garantire una tenuta ermetica.Solitamente la molla si trova appena sopra il punto di contatto tra la guarnizione e l'albero, fornendo la forza necessaria per rompere il velo d'olio.
Nella maggior parte dei casi, le guarnizioni a labbro in PTFE non utilizzano una molla di estensione per sigillare.Queste guarnizioni rispondono invece a qualsiasi carico applicato allo stiramento del labbro di tenuta e al raggio di curvatura creato dal corpo metallico.Le guarnizioni a labbro in PTFE utilizzano uno schema di contatto più ampio tra labbro e albero rispetto alle guarnizioni a labbro in elastomero.Anche le guarnizioni a labbro in PTFE hanno un carico specifico inferiore, ma hanno un'area di contatto più ampia.Il loro design mirava a ridurre i tassi di usura e sono state apportate modifiche per ridurre il carico unitario, noto anche come PV.
Un'applicazione speciale delle guarnizioni a labbro in PTFE è la tenuta di alberi rotanti, in particolare alberi rotanti ad alta velocità.Quando le condizioni sono difficili e vanno oltre le loro capacità, rappresentano un'eccellente alternativa alle guarnizioni a labbro in gomma elastomerica.
Essenzialmente, le guarnizioni a labbro in PTFE sono progettate per colmare il divario tra le tradizionali guarnizioni a labbro in elastomero e le guarnizioni frontali meccaniche in carbonio.Possono funzionare a pressioni e velocità più elevate rispetto alla maggior parte delle guarnizioni a labbro elastomeriche, rendendole un'ottima alternativa.
Le loro prestazioni non sono influenzate negativamente da ambienti difficili con temperature estreme, fluidi corrosivi, velocità superficiali elevate, pressioni elevate o mancanza di lubrificazione.Un eccellente esempio delle capacità superiori del PTFE sono i compressori d'aria industriali, progettati per funzionare per oltre 40.000 ore senza manutenzione.
Esistono alcune idee sbagliate riguardo alla produzione di guarnizioni a labbro in PTFE.Le guarnizioni a labbro in gomma elastomerica premono la gomma direttamente contro l'alloggiamento metallico.Il corpo metallico fornisce la rigidità necessaria e l'elastomero assume la parte operativa della guarnizione.
Al contrario, le guarnizioni a labbro in PTFE non possono essere fuse direttamente su un alloggiamento metallico.Il materiale PTFE non entra in uno stato liquido o in uno stato che consente al materiale di fluire;Pertanto, le guarnizioni a labbro in PTFE vengono realizzate lavorando la guarnizione, quindi assemblandola in un alloggiamento metallico e infine bloccandola meccanicamente.
Quando si seleziona una soluzione di tenuta di precisione per applicazioni rotanti, è necessario considerare attentamente fattori importanti tra cui la velocità dell'albero, la velocità della superficie, la temperatura operativa, il mezzo di tenuta e la pressione del sistema.Ci sono molte altre condizioni operative da considerare quando si prende una decisione, ma quelle sopra elencate sono le principali.
Dai diritti derivano grandi responsabilità.Nel corso del tempo, l'attenzione di BD SEALS Solutions™ si è spostata verso applicazioni che richiedono guarnizioni a labbro in PTFE più esigenti.Uno dei principali vantaggi della tenuta è la sua capacità di funzionare in ambienti difficili nelle applicazioni industriali, automobilistiche e aerospaziali.
Possono funzionare a pressioni e velocità più elevate su alberi rotanti rispetto alle guarnizioni a labbro elastomeriche, e i vantaggi non si fermano qui.Altri vantaggi delle guarnizioni a labbro in PTFE includono:
BD SEALS Solutions™ Due guarnizioni a labbro comuni sono le guarnizioni a labbro rotante con corpo metallico in PTFE BD SEALS e le guarnizioni in polimero DynaLip, entrambe intercambiabili.La differenza principale tra loro è il loro design.Le tenute dell'alloggiamento in metallo utilizzano lamiera per formare un alloggiamento sigillato e quindi installano un labbro di tenuta per bloccare meccanicamente la tenuta.
Inventate agli inizi degli anni '70, le tenute a labbro BD SEALS sono progettate per funzionare in ambienti difficili che vanno da -53°C a 232°C, ambienti chimici difficili e ambienti secchi e abrasivi.Le tenute rotanti dinamiche in PTFE vengono utilizzate nelle seguenti applicazioni:
Le tenute DynaLip sono anteriori alle tenute rotanti BD SEALS di circa dieci anni.La loro creazione si è resa necessaria quando BD SEALS Solutions™ ha iniziato a lavorare sulla miscelazione e sulla composizione di materiali esplosivi per applicazioni militari.Le guarnizioni a labbro con involucro metallico sono considerate del tutto inadatte a questo scopo a causa della possibilità che entrino in contatto con l'albero rotante dell'esplosivo misto.Ecco perché gli ingegneri progettisti di BD SEALS Solutions™ hanno sviluppato una guarnizione a labbro priva di metalli pur mantenendo i suoi principali vantaggi.
Quando si utilizzano le guarnizioni DynaLip, la necessità di parti metalliche viene completamente eliminata poiché l'intera guarnizione è realizzata con lo stesso materiale polimerico.Nella maggior parte dei casi, un elastomeroO-ringviene utilizzato tra il diametro esterno della tenuta e il foro dell'alloggiamento di accoppiamento.Gli O-ring forniscono una tenuta statica ermetica e impediscono la rotazione.Al contrario, le tenute a labbro BD SEALS possono essere realizzate con più di tre materiali diversi e sono racchiuse in un alloggiamento metallico.
Oggi, la guarnizione DynaLip originale ha dato vita a molte versioni diverse che sono ideali anche per l'installazione sul campo poiché non richiedono strumenti speciali per l'installazione e sono adatte anche per applicazioni che richiedono la rimozione della guarnizione per la pulizia.Grazie al loro design semplice, queste guarnizioni sono spesso più economiche.
In che modo le guarnizioni a labbro in PTFE BD SEAL, le guarnizioni in polimero DynaLip e le altre guarnizioni a labbro di bd seals Solutions™ cambiano la nostra vita quotidiana?
Le guarnizioni a labbro in PTFE forniscono proprietà di tenuta superiori e basso attrito in ambienti secchi o abrasivi.Sono spesso utilizzati in applicazioni complesse dove è richiesta velocità.
Il mercato dei compressori d'aria è un buon esempio di come le tenute a labbro in PTFE stiano sostituendo le tenute meccaniche in elastomero e carbonio.BD SEALS Solutions™ ha iniziato a collaborare con la maggior parte delle principali aziende produttrici di compressori d'aria a metà degli anni '80, sostituendo le guarnizioni a labbro in gomma soggette a perdite e le guarnizioni frontali in carbonio.
Il design originale era basato su una tradizionale guarnizione a labbro per alta pressione, ma nel tempo, con l'aumento della domanda e la richiesta di prestazioni più elevate, la guarnizione è stata progettata per avere perdite zero e una durata di servizio prolungata.
La nuova tecnologia è stata sviluppata per raddoppiare la durata della tenuta, mantenendo sempre uno stretto controllo delle perdite.Di conseguenza, le tenute a labbro in PTFE Omniseal Solutions™ sono considerate lo standard del settore, fornendo oltre 40.000 ore di servizio esente da manutenzione.
Le guarnizioni a labbro in PTFE forniscono un controllo superiore delle perdite e sono in grado di funzionare da 1.000 a 6.000 giri al minuto con una varietà di lubrificanti e per periodi di tempo prolungati (15.000 ore), riducendo le richieste di garanzia.bd seals Solutions™ offre tenute per alberi per il settore della compressione a vite con diametri che vanno da 0,500 a 6000 pollici (da 13 a 150 mm).
I miscelatori sono un altro settore industriale in cui la personalizzazione delle tenute è molto diffusa.I clienti di BD SEALS Solutions™ in questo settore richiedono tenute in grado di gestire la deflessione e l'eccentricità dell'albero fino a 0,300 pollici (7,62 mm), che rappresenta una quantità significativa di eccentricità dinamica dell'albero.Per risolvere questo problema e migliorare la velocità operativa, BD SEALS Solutions™ offre un design brevettato di guarnizione a labbro flottante.
Le guarnizioni a labbro bd seals sono facili da installare, soddisfano i severi requisiti EPA in materia di perdite e sono compatibili con olio e refrigerante per l'uso in spazi ristretti per tutta la durata della pompa.
Inoltre, le tenute a labbro Solutions™ sono progettate per condizioni di tenuta dinamiche, velocità estreme, problemi di pressione e temperatura e molte altre applicazioni.
Le loro guarnizioni vengono utilizzate anche in apparecchiature che richiedono materiali approvati dalla FDA per l'uso in macchine quali:
Tutte queste applicazioni richiedono una resistenza all'attrito della guarnizione molto bassa per ridurre la temperatura.Oltre a soddisfare gli standard FDA, le guarnizioni devono essere prive di cavità che potrebbero causare inceppamenti del materiale da sigillare e devono essere compatibili con acidi, alcali e detergenti.Devono inoltre resistere al lavaggio ad alta pressione e superare il test IP69K.
Le guarnizioni a labbro bd seals Solutions™ sono utilizzate nelle unità di potenza ausiliarie (APU), motori a turbina a gas, motorini di avviamento, alternatori e generatori, pompe di carburante, turbine a pressione (RAT) e attuatori a ribalta, uno dei mercati più grandi.
L'APU è stato attivato sul volo US Airways 1549 ("Miracle on the Hudson") per fornire energia all'aereo per un atterraggio sicuro.Le guarnizioni a labbro e a molla BD SEALS Solutions™ sono installate nel sistema principale di questo velivolo, che è considerato critico per il volo e deve essere operativo al 100% al momento dell'implementazione.
Sono molte le ragioni per cui i produttori aerospaziali si affidano a queste guarnizioni a labbro.Le guarnizioni a labbro BD SEALS appositamente progettate forniscono una tenuta più ermetica e prestazioni migliorate rispetto alle guarnizioni elastomeriche comparabili.Richiedono inoltre meno spazio rispetto alle tenute meccaniche in carbonio su alberi di turbine e riduttori esterni.
Possono resistere a temperature comprese tra -65 °F e 350 °F (da -53 °C a 177 °C) e pressioni fino a 25 psi (da 0 a 1,7 bar), con velocità superficiali tipiche da 2.000 a 4.000 piedi al minuto (da 10 a 1,7 bar). 20 m/s).Alcune soluzioni bd seals Solutions™ in quest'area possono funzionare a velocità superiori a 20.000 piedi al minuto, che equivalgono a 102 metri al secondo.
Un altro mercato importante è quello delle guarnizioni per motori aeronautici, dove le guarnizioni a labbro vengono utilizzate nelle guarnizioni di trasmissione esterne dei grandi produttori di motori aeronautici.Le guarnizioni a labbro bd seals Solutions™ sono utilizzate anche nei motori a reazione turbofan con ingranaggi.Questo tipo di motore è dotato di un sistema di ingranaggi che separa la ventola del motore dal compressore a bassa pressione e dalla turbina, consentendo a ciascun modulo di funzionare alla velocità ottimale.
Pertanto, possono fornire una maggiore efficienza.Un tipico aereo di linea brucia circa mezzo litro di carburante per miglio e si prevede che motori più efficienti consentiranno di risparmiare in media 1,7 milioni di dollari in costi operativi per aereo di linea all'anno.
Oltre a supportare le industrie commerciali, le guarnizioni a labbro in PTFE vengono utilizzate anche in ambito militare, in particolare dal Dipartimento della Difesa.Ciò include l'uso su aerei da combattimento, portaerei ed elicotteri.
Le guarnizioni a labbro in PTFE sono ampiamente utilizzate sugli aerei militari;Ad esempio, nei ventilatori a sollevamento verticale, le guarnizioni del motore del cambio dell'elicottero e le relative guarnizioni caricate a molla vengono utilizzate anche per le parti di tenuta della testa del rotore, le alette e le lamelle e le apparecchiature chiave nel sistema di frenatura utilizzato per catturare un aereo.Atterrato sul ponte.È importante garantire che l'attrezzatura utilizzata per questi scopi non funzioni male.
Le guarnizioni a labbro BD SEALS Solutions™ sono adatte per alcune delle applicazioni più impegnative come alberi motore, distributori, pompe del carburante e guarnizioni a camme presenti nel settore delle corse, dove naturalmente i motori sono spesso spinti al limite.
La maggior parte dei team NASCAR e dei motori di Indianapolis Motorsports utilizzano guarnizioni a labbro BD SEALS Solutions™.Quasi tutte le qualificazioni e i finalisti di Indianapolis nel 2019 hanno utilizzato guarnizioni a labbro almeno sugli alberi motore anteriori e posteriori.bd seals Solutions™ presenta inoltre un design brevettato creato appositamente per NASCAR per eliminare i problemi comuni che causano il guasto della guarnizione divisa in PTFE.
Quando il paraolio dell'albero motore dell'acceleratore si è bruciato alle alte velocità e all'alta pressione durante una recente gara al Daytona Superspeedway, un produttore leader di motori NASCAR si è rivolto alle guarnizioni a labbro bd seals Solutions™.Il risultato è stato una vittoria per tutti: Brad Keselowski e la Penske Ford n. 2 hanno vinto la gara utilizzando le guarnizioni a labbro bd seals Solutions™.Per valorizzare ulteriormente questo evento di successo, quattro dei primi cinque classificati guidavano vetture equipaggiate con motori di produttori leader che beneficiavano anche di queste guarnizioni a labbro.
Un'altra applicazione da corsa per le guarnizioni a labbro BD SEALS Solutions™ è negli iniettori di carburante in testa.Questi motori sono soggetti a condizioni estreme in cui ogni componente si piega, trema e si torce, causando un contatto tra le parti che normalmente non dovrebbe verificarsi.Pertanto, la durata media di un iniettore di carburante in testa è inferiore a cinque minuti se utilizzato a velocità di gara.