Σχεδιασμός και ανάπτυξη σφραγίδων πετρελαίου

Ο σχεδιασμός των δομών σφραγίδας πετρελαίου βασίζεται κυρίως στις συνθήκες λειτουργίας, τις συνθήκες συναρμολόγησης και τις περιβαλλοντικές συνθήκες.διαδικασία κατασκευήςΚατά τον σχεδιασμό μιας σφραγίδας πετρελαίου, το πρώτο βήμα είναι η επιλογή του κατάλληλου υλικού σφραγίδας.Η χρησιμοποιούμενη φόρμουλα συνδυασμού καουτσούκ πρέπει να παρέχει ένα εύλογο συνδυασμό ιδιοτήτων που πληρούν τις απαιτήσεις αντοχής στη θερμότητα, αντοχή σε λάδι, αντοχή στην φθορά και καλή απόδοση της διαδικασίας.

Παραμέτροι χρήσης πετρελαϊκών σφραγίδων και παραμέτροι σχεδιασμού
 

Στην κατασκευαστική σχεδίαση, οι χρησιμοποιούμενες παράμετροι και οι σχεδιαστικές παράμετροι πρέπει να είναι συμβατοί.

Κατά τον σχεδιασμό της δομής της σφραγίδας πετρελαίου, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι δομικές παραμέτροι που εμφανίζονται στο παρακάτω σχήμα.

(1) Διαταραχή των χειλιών (d-d1)

Εάν η παρεμβολή είναι μεγάλη, το χείλος θα τεντωθεί υπερβολικά, προκαλώντας γήρανση και φθορά, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής.Επειδή η παρεμβολή σχετίζεται με την ακτινοβολητική δύναμη ολόκληρου του χείλουΟι τιμές παρεμβολών που εμφανίζονται στον πίνακα 2 είναι μόνο για αναφορά.

Πίνακας 2 Διαταραχές διαφόρων διαμέτρων άξονα

(2)Αξία "R" για τη θέση του ελατηρίου

Αυτή η τιμή είναι ένα θεωρητικό πλάτος επαφής στο σχεδιασμό. Μια μεγαλύτερη τιμή "R" αυξάνει το πλάτος επαφής και τη τριβή. Μια μικρότερη τιμή "R" δεν ευνοεί την σφράγιση.Οι τιμές "R" για τις θέσεις των ελαστικών στον πίνακα 3 είναι μόνο για αναφορά..

(3) μήκος μέσης

Η ακτινική δύναμη που παρέχεται από το μήκος της μέσης είναι περίπου 50% της ακτινικής δύναμης του χείλου της σφραγίδας πετρελαίου.Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι να επεκταθεί το μήκος της μέσης της σφραγίδας πετρελαίουΩστόσο, η εξωτερική διάμετρος της σφραγίδας πετρελαίου είναι γενικά τυποποιημένη. Ακόμα και ο μη τυποποιημένος χώρος συναρμολόγησης περιορίζει επίσης αυτό το πλάτος.Αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί αν αντλήσουμε μια καμπυλωτή τομή από το ίσιο μέρος της μέσης.

(4) Μέγεθος μέσης

Τα πειράματα έχουν δείξει ότι ακόμη και κάτω από χαμηλή πίεση, μπορεί εύκολα να συμβεί παραμόρφωση όπως φαίνεται στο σχήμα (Α).Μια παχύτερη μέση αποδυναμώνει την δράση του ελαστικού.Για να επιλυθεί η σύγκρουση μεταξύ παραμόρφωσης και παραμόρφωσης, η μέτρηση της περιφέρειας πρέπει να γίνει με τη μέτρηση της περιφέρειας.συνιστάται η αναμόρφωση της μέσης όπως φαίνεται στο σχήμα (Β)Αυτό αυξάνει την ακαμψία της μέσης χωρίς να θέτει σε κίνδυνο την ικανότητα παρακολούθησης της εκκεντρικότητας.

(5) Μέγιστο μήκος της κεφαλής

Ορισμένα διαγράμματα διατομής σφραγίδας πετρελαίου σχεδιάζουν το μήκος της κορυφής της κεφαλής (t) να είναι ίσο με την ακτίνα του αυλαίου του ελατηρίου (r).Για να μην πέσει η πηγή., ο σχεδιασμός πρέπει να εξασφαλίζει ότι το t είναι μεγαλύτερο από το r, ικανοποιώντας τουλάχιστον την ακόλουθη σχέση: t = 4/3 r.

(6) Σχήμα ρυμουλκούμενου ελατηρίου

Πολλές σφραγίδες ελαίου έχουν κάνει ένα λάθος στον σχεδιασμό του αυλαίου του ελαστικού, σχεδιάζοντας τη ακτίνα του αυλαίου του ελαστικού (R) και τη ακτίνα του κύκλου του ελαστικού (r) σε διαφορετικές τιμές.Η πειραματική επαλήθευση έχει διαπιστώσει ότι μερικά χείλη πετρελαϊκών φώκιων έχουν δύο ζώνες επαφήςΩς εκ τούτου, όταν R=r, η κατάσταση κατανομής της πίεσης του χείλου είναι η καλύτερη, με μόνο μία ζώνη επαφής.Συχνά είναι δύσκολο να γίνει η παραγωγή των δύο απόλυτα ίση.Ο μόνος τρόπος για να διατηρηθεί μια μικρή διαφορά μεταξύ των δύο είναι να διατηρηθεί μια μικρή διαφορά μεταξύ των δύο.

(7) Σχεδιασμός μεταλλικού πλαισίου

Η κύρια λειτουργία του μεταλλικού πλαισίου είναι η ενίσχυση της δομικής ακαμψίας της σφραγίδας πετρελαίου.Το πάχος και η μέθοδος διαμόρφωσης του εξαρτώνται από τις συνθήκες εργασίας και τις συνθήκες συναρμολόγησης της σφραγίδας πετρελαίου.

(8) Ελατήρια σπείρα

Υπάρχουν δύο τύποι ελαστικών που χρησιμοποιούνται στις σφραγίδες πετρελαίου: ελαστικά ζυθοποιίας και ελαστικά φύλλων.και αριθμός συρματόσχοινων, παραπέμπει στα σχετικά πρότυπα και τα εγχειρίδια μηχανικού σχεδιασμού.

(9) Ραδιακή δύναμη

Η ακτινοβολητική δύναμη είναι μια εξαιρετικά σημαντική παράμετρος.

12. Αν η ακτινοβολητική δύναμη είναι πολύ μεγάλη, θα εμφανιστεί φθορά και η διάρκεια ζωής θα συντομευθεί.Η ακτινική δύναμη επηρεάζει άμεσα την τριβή και τη θερμοκρασία της περιοχής επαφήςΌταν η ακτινοβολιακή δύναμη είναι πολύ μεγάλη, η τριβή παράγει μεγάλη θερμότητα και επιταχύνει τη γήρανση του χείλου.Όταν ο άξονας και η στερέωση είναι εκκεντρικές, πρέπει να εφαρμόζεται κατάλληλη ακτινοβολητική δύναμη για να εξασφαλιστεί ότι το χείλος έχει κατάλληλη ικανότητα εντοπισμού.,Η περαιτέρω αύξηση της ακτινικής δύναμης θα μειώσει τη διάρκεια ζωής της σφραγίδας πετρελαίου.

Υλικό σφραγίδας πετρελαίου

Σήμερα, οι σφραγίδες πετρελαίου κατασκευάζονται κυρίως από συνθετικό καουτσούκ.Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε με ακρίβεια τις ιδιότητες του καουτσούκ και να επιλέξουμε το κατάλληλο υλικόΤο πιο κατάλληλο υλικό καουτσούκ για τις σφραγίδες πετρελαίου πρέπει να καθορίζεται με βάση τις σχετικές παραμέτρους της σφραγίδας πετρελαίου: η ακτινική δύναμη στον άξονα πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε να αποφεύγεται η διαρροή,Αρκετά χαμηλά για να διατηρηθεί ένα ορισμένο πάχος της ταινίας πετρελαίου για να διατηρηθεί χαμηλή η θερμότητα τριβήςΗ σφραγίδα πρέπει να έχει επαρκή ικανότητα παρεμβολής για να ξεπεράσει τις επιπτώσεις της εκκεντρικότητας κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.

Το υλικό σφραγίδας πετρελαίου επηρεάζει άμεσα αυτές τις τρεις παραμέτρους.μειώνεται το όγκο του υλικούΗ θερμική επέκταση, το πρήξιμο του υλικού που προκαλείται από το μέσο σφράγισης και η σκληρότητα της συνδυασμένης ελαστικής επηρεάζουν όλες την ακτινοβολία και την προσαρμογή παρεμβολών.

Για τους λόγους αυτούς, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι ακόλουθες ιδιότητες κατά την επιλογή των υλικών σφραγίδας πετρελαίου: συμβατότητα με το μέσο σφραγίδωσης, αντοχή σε πρήξιμο ή σκληρύνση λόγω του μέσου·καλή αντοχή στη θερμότητα και την φθορά· και μέτρια ελαστικότητα για να προσαρμοστεί στις διαφορές στην τραχύτητα και την εκκεντρικότητα του άξονα.

Λόγω της συνεχούς εξέλιξης των συνθέσεων των υλικών καουτσούκ, με την εμφάνιση νέων υλικών και τη συνεχή βελτίωση των υλικών που υπάρχουν,Η ακόλουθη είναι μια σύντομη περιγραφή των συνηθέστερα χρησιμοποιούμενων υλικών για σφραγίδες πετρελαίου: νιτρικό καουτσούκ (NBR), πολυακρυλικό καουτσούκ (PAR), καουτσούκ σιλικόνης, φθοριούχο καουτσούκ (FKM) και πολυτετραφθοροαιθυλένιο (PTFE).

Καουτσούκ νιτριλίου

Το NBR μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερες ποσότητες από όλα τα άλλα ελαστομερή σε συνδυασμό στην κατασκευή σφραγίδων.Κατηγορείται ως χαμηλήΕνώ η αντοχή του NBR στο λάδι αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε προπυλένιο, η ευελιξία του σε χαμηλές θερμοκρασίες μειώνεται.Μερική αντοχή σε καύσιμα και έλαια υψηλής θερμοκρασίας συχνά θυσιάζεταιΤο νιτρικό καουτσούκ έχει εξαιρετικές φυσικές ιδιότητες, με καλύτερη αντοχή στην ψυχρή ροή, το δάκρυ και την τριβή από τα περισσότερα άλλα καουτσούκ.αν και αυτές οι ιδιότητες μπορούν να βελτιωθούν μέσω του σχεδιασμού της φόρμουλαςΤο νιτρικό καουτσούκ είναι κατάλληλο για χρήση με έλαια με βάση το πετρέλαιο, καύσιμα, νερό, έλαια σιλικόνης και εστέρες σιλικόνης και μείγματα αιθυλενογλυκόλης.δεν είναι κατάλληλο για επαφή με λάδια EP, αλογενωμένα υδρογονάνθρακα, νιτρογονάνθρακα, υγρά φωσφορικών εστέρων, κετόνες, ισχυρά οξέα και ορισμένα υγρά φρένων αυτοκινήτων.

Πολυακρυλικό καουτσούκ

Το πολυακρυλικό ελαστικό (ACM) είναι ένα ελαστικό που αποτελείται από αλκυλοακρυλικά και άλλα ακόρεστα μονομερή.Η απόδοση του πολυακρυλικού καουτσούκ βρίσκεται μεταξύ της απόδοσης του νιτριλικού και της φθοριούχου καουτσούκΕπειδή η κύρια αλυσίδα του δεν περιέχει διπλό δεσμό, παρουσιάζει υψηλή αντοχή στην θερμότητα, το όζον και την ατμόσφαιρα.Η παρουσία λειτουργικών ομάδων χλωρίου (Cl) ή (CM) στις πλευρικές αλυσίδες του ενισχύει περαιτέρω την αντοχή του στο λάδιΈνα βασικό χαρακτηριστικό αυτού του καουτσούκ είναι η εξαιρετική αντοχή του σε ορυκτό λάδι, υπερβολικό λάδι και βούτυρο σε θερμοκρασία 178 °C.Επίσης, παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή στην γήρανση και την εύκαμπτη ρωγμήΤα κύρια μειονεκτήματά του περιλαμβάνουν την κακή επεξεργασία, την προσκόλληση σε κυλίνδρους κατά τη διάρκεια της ανάμειξης, τις περιορισμένες επιδόσεις σε χαμηλές θερμοκρασίες, την κακή αντοχή στο νερό και το ατμό,κακή αντοχή στην αιθυλενογλυκόλη και στα υψηλά αρωματικά έλαιαΗ ελαστικότητα, η αντοχή στην φθορά και οι ιδιότητες ηλεκτρομόνωσης είναι επίσης σχετικά κακές.λόγω του υψηλού βαθμού κορεσμούΑν και η αντοχή της στη φθορά μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά με την κατάλληλη διαμόρφωση, εξακολουθεί να είναι χαμηλότερη από το νιτρικό καουτσούκ.

Καουτσούκ σιλικόνης

Το καουτσούκ σιλικόνης διατηρεί τις μηχανικές του ιδιότητες σε ευρύ εύρος θερμοκρασιών, παραμένει ευέλικτο στους -65°C και είναι ικανό να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα στους 230°C.Αν και οι μηχανικές του ιδιότητες μπορούν να βελτιωθούν με ειδική σύνθεσηΗ αντοχή του στα αλκαλικά, τα αδύναμα οξέα και το όζον είναι γενικά καλή, αλλά η αντοχή του στο λάδι είναι μέτρια.Οι χημικές ιδιότητες μπορούν να βελτιωθούν με παράγοντες σύνθεσηςΩστόσο, το καουτσούκ σιλικόνης δεν είναι γενικά κατάλληλο για χρήση σε υδρογονάνθρακες όπως βενζίνη, παραφίνη και ελαφρύ ορυκτό λάδι,Καθώς αυτά τα μέσα θα προκαλέσουν πρήξιμο και μαλακίωσηΤο κύριο πλεονέκτημα του καουτσούκ σιλικόνης είναι η ικανότητά του να διατηρεί την ελαστικότητα σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.που το καθιστούν κατάλληλο για ένα ευρύτερο φάσμα σφραγίδων υψηλής και χαμηλής θερμοκρασίας από άλλα καουτσούκΓια τις περιστρεφόμενες σφραγίδες, η θερμοκρασία λειτουργίας είναι υψηλότερη από εκείνη του κανονικού καουτσούκ.

Το φθοριωτικό καουτσούκ είναι ένα πιο ακριβό καουτσούκ. Η απόδοσή του είναι ουσιαστικά η ίδια με το καουτσούκ σιλικόνης, αλλά το εύρος εφαρμογής του είναι πιο στενό. Το κύριο πλεονέκτημα του είναι η αντοχή του στο λάδι,που είναι συγκρίσιμο με το καουτσούκ νιτριλίου ή κοντά σε αυτόΑυτό του επιτρέπει να χρησιμοποιείται εκτός των ορίων θερμοκρασίας λειτουργίας του νιτριλικού καουτσούκ ενώ παράλληλα προσφέρει την αντοχή στο λάδι που λείπει από το καουτσούκ σιλικόνης.

Φθοριούχο καουτσούκ

Το φθοριούχο καουτσούκ είναι ένα κορεσμένο πολυμερές που περιέχει άτομα φθορίου σε άτομα άνθρακα στις κύριες ή τις πλευρικές αλυσίδες.Χαρακτηρίζεται από αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίεςΗ ατμόσφαιρα μπορεί να λειτουργεί συνεχώς σε θερμοκρασίες μεταξύ 200 και 250 °C.τα μειονεκτήματα του είναι η κακή απόδοση χαμηλής θερμοκρασίας και το υψηλό σύνολο συμπίεσηςΣημαντική έρευνα έχει διεξαχθεί τόσο σε εγχώριο όσο και σε διεθνές επίπεδο για τη βελτίωση του συνδυασμού συμπίεσης του φθοριούχου καουτσούκ.

Πολυτετραφθοροαιθυλένιο

Τα πλαστικά είναι γενικά ημι-κακά και δεν χρησιμοποιούνται γενικά ως σφραγίδες.κυρίως την αντοχή του σε χημικές επιθέσεις σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών λειτουργίαςΤο PTFE είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε σφραγίδες κατασκευασμένες από σύνθετες δομές.Για παράδειγμα:, το επεξεργασμένο ή τοποθετημένο PTFE μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο ως επιφάνεια χαμηλής τριβής όσο και ως χημικά ανθεκτική επικάλυψη.

Ιδιότητες του υλικού πετρελαϊκών σφραγίδων

Θερμοκρασία λειτουργίας υλικών σφραγίδωσης πετρελαίου

Η θερμοκρασία λειτουργίας είναι ένας κρίσιμος παράγοντας που επηρεάζει τη διάρκεια ζωής των σφραγίδων πετρελαίου.

Πίνακας 4 Θερμοκρασίες λειτουργίας των συνηθισμένων υλικών σφραγίδας πετρελαίου

Οι αλλαγές της απόδοσης σε χαμηλές θερμοκρασίες διαφέρουν σημαντικά από εκείνες σε υψηλές θερμοκρασίες.καθυστερώντας την ανάκαμψή τους από παραμόρφωσηΗ κρυστάλλωση επίσης συμβαίνει, αν και αργά. Πριν το υλικό φτάσει στην εύθραυστη, αν δεν υπάρχουν εναλλακτικά υλικά ελαστομερών, η δύναμη του ελαστικού μπορεί να παρέχει την απαραίτητη ανθεκτικότητα.Σε υψηλές θερμοκρασίεςΟι υψηλές θερμοκρασίες επιταχύνουν επίσης τη γήρανση του υλικού.συνήθως εκδηλώνεται ως απώλεια ελαστικότητας και σταδιακή αύξηση της σκληρότητας και του μοδίου.

Αντοχή στην φθορά των υλικών σφραγίδας πετρελαίου

Η αντοχή στην φθορά του υλικού είναι ένας κρίσιμος παράγοντας για τις σφραγίδες πετρελαίου. Η αντοχή στην φθορά του καουτσούκ σχετίζεται με την σκληρότητά του και την αντοχή του σε δάκρυα.Καλύτερη αντοχή σε δάκρυα οδηγεί επίσης σε καλύτερη αντοχή στην φθοράΕπιπλέον, η αντοχή στην φθορά ενός υλικού επηρεάζεται επίσης από παράγοντες όπως ο συντελεστής τριβής του και η λαμπερότητα της επιφάνειας ζεύξης.

Συμφωνία με μέσο σφράγισης

Καθώς το υλικό απορροφά το υγρό μέσο, ο όγκος του αλλάζει.Η υπερβολική επέκταση μπορεί επίσης να προκαλέσει χημικές αντιδράσειςΣε αυτές τις περιπτώσεις, το μέσο σφράγισης και το υλικό είναι ασυμβίβαστα.Σε ορισμένες περιπτώσεις, το μέσο σφράγισης μπορεί να αποσπάσει πρόσθετα όπως πλαστικοποιητές και αντιοξειδωτικά από την ένωση ελαστικού, αλλάζοντας τη σύνθεση του ελαστομερή και προκαλώντας ακόμη συρρίκνωση, οδηγώντας σε διαρροή.Για πληροφορίες σχετικά με τη συμβατότητα υλικών πετρελαϊκών σφραγίδων με ορισμένα μέσα, ανατρέξτε στον πίνακα 5.

Πίνακας 5 Συμβατότητα των υλικών πετρελαϊκών σφραγίδων

Από τα παραπάνω, μπορεί να δει κανείς ότι ο δομικός σχεδιασμός της σφραγίδας πετρελαίου είναι πολύ σημαντικός.δεν μπορεί να επιτευχθεί αποτελεσματική σφράγιση.