तेल सील का डिजाइन और विकास

तेल सील संरचनाओं का डिजाइन मुख्य रूप से परिचालन स्थितियों, असेंबली स्थितियों और पर्यावरणीय परिस्थितियों पर आधारित है।निर्माण प्रक्रियाएक तेल सील के डिजाइन में, पहला कदम उपयुक्त सील सामग्री का चयन करना है।रबर यौगिक सूत्र का उपयोग गुणों का एक उचित संयोजन प्रदान करना चाहिए जो गर्मी प्रतिरोध की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं, तेल प्रतिरोध, पहनने के प्रतिरोध, और अच्छी प्रक्रिया प्रदर्शन।

तेल सील उपयोग पैरामीटर और डिजाइन पैरामीटर
 

संरचनात्मक डिजाइन में, प्रयुक्त मापदंडों और डिजाइन मापदंडों को संगत होना चाहिए। डिजाइन मापदंडों और प्रयुक्त मापदंडों के बीच संबंध तालिका 1 में दर्शाया जा सकता है।

तेल सील संरचना के डिजाइन के दौरान, नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए संरचनात्मक मापदंडों पर विचार किया जाना चाहिए।

(1) होंठ हस्तक्षेप (d-d1)

यदि हस्तक्षेप बड़ा है, तो होंठ अत्यधिक खिंचाव करेगा, जिससे उम्र बढ़ने और पहनने का कारण बनता है, सेवा जीवन को छोटा करता है। यदि हस्तक्षेप छोटा है, तो सील प्रदर्शन खराब होगा।क्योंकि हस्तक्षेप पूरे होंठ के रेडियल बल से संबंधित हैतालिका 2 में दिखाए गए हस्तक्षेप मान केवल संदर्भ के लिए हैं।

तालिका 2 विभिन्न शाफ्ट व्यास के हस्तक्षेप

(2) स्प्रिंग स्थिति "R" मान

यह मान डिजाइन में एक सैद्धांतिक संपर्क चौड़ाई है। एक बड़ा "आर" मूल्य संपर्क चौड़ाई और घर्षण को बढ़ाता है। एक छोटा "आर" मूल्य सीलिंग के लिए अनुकूल नहीं है।तालिका 3 में स्प्रिंग्स की स्थिति के लिए "आर" मान केवल संदर्भ के लिए हैं.

(3) कमर की लंबाई

कमर की लंबाई द्वारा प्रदान किया गया रेडियल बल तेल सील होंठ के रेडियल बल का लगभग 50% है। एक कम रेडियल बल बनाए रखना महत्वपूर्ण है।इसे प्राप्त करने का एक तरीका तेल सील की कमर की लंबाई को बढ़ाना हैहालांकि, तेल सील का बाहरी व्यास आम तौर पर मानकीकृत है। यहां तक कि गैर-मानकीकृत असेंबली स्थान भी इस चौड़ाई को सीमित करता है। इसलिए, कमर की सीधी लंबाई सीमित है।इस समस्या को कमर के सीधे हिस्से से एक घुमावदार अनुभाग प्राप्त करके हल किया जा सकता है.

(4) कमर की मोटाई

प्रयोगों से पता चला है कि कम दबाव में भी, चित्र (A) में दिखाए गए रूप में विकृति आसानी से हो सकती है। कमर को मोटा करने से होंठ की विचित्रता का पालन करने की क्षमता को नुकसान होता है।मोटी कमर वसंत की क्रिया को कमजोर करती है, जिसके परिणामस्वरूप पतली कमर की तुलना में कम प्रभावी विलक्षणता-अनुसरण क्षमता होती है। कमर विरूपण और अनुसरणीयता के बीच संघर्ष को हल करने के लिए,यह अनुशंसा की जाती है कि कमर को फिर से आकार दिया जाए जैसा कि चित्र (बी) में दिखाया गया है।यह कमर की कठोरता को बढ़ाता है।

(5) सिर की ऊपरी लंबाई

कुछ तेल सील क्रॉस-सेक्शनल आरेखों में सिर के शीर्ष की लंबाई (टी) को स्प्रिंग ग्रूव त्रिज्या (आर) के बराबर डिजाइन किया गया है। हालांकि, उपयोग के दौरान, स्प्रिंग अक्सर गिर जाती है।वसंत के गिरने से रोकने के लिए, डिजाइन यह सुनिश्चित करना चाहिए कि t r से बड़ा है, कम से कम निम्नलिखित संबंध को संतुष्ट करते हुएः t = 4/3 r।

(6) स्प्रिंग ग्रूव का आकार

कई तेल सील ने स्प्रिंग ग्रूव के डिजाइन में गलती की है, स्प्रिंग ग्रूव त्रिज्या (R) और स्प्रिंग सर्कल त्रिज्या (r) को अलग-अलग मूल्यों के लिए डिजाइन किया है।प्रयोगात्मक सत्यापन से पता चला है कि कुछ तेल सील के होंठों में दो संपर्क क्षेत्र होते हैंइसलिए जब R=r होता है, तब होंठ की तनाव वितरण स्थिति सबसे अच्छी होती है, केवल एक संपर्क क्षेत्र के साथ। हालांकि, मोल्ड प्रसंस्करण, रबर सिकुड़ने आदि के कारण,यह अक्सर दो विनिर्माण में बिल्कुल बराबर बनाने के लिए मुश्किल हैदोनों के बीच एक छोटा अंतर बनाए रखने का एकमात्र तरीका दोनों के बीच एक छोटा अंतर बनाए रखना है।

(7) धातु फ्रेम डिजाइन

धातु के फ्रेम का मुख्य कार्य तेल सील की संरचनात्मक कठोरता को मजबूत करना है।इसकी मोटाई और विन्यास विधि तेल सील के काम करने और संयोजन की स्थिति पर निर्भर करती है.

(8) स्प्रिंग कॉइल

तेल सील में दो प्रकार के स्प्रिंग्स का उपयोग किया जाता हैः गार्टर स्प्रिंग्स और लीफ स्प्रिंग्स। गार्टर स्प्रिंग्स दोनों में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं। स्प्रिंग्स के व्यास, विस्तारित लंबाई की गणना के लिए,और तार के तारों की संख्या, प्रासंगिक मानकों और यांत्रिक डिजाइन मैनुअल को संदर्भित करें।

(9) रेडियल बल

रेडियल बल एक अत्यंत महत्वपूर्ण पैरामीटर है। तेल सील के प्रदर्शन पर इसका प्रभाव निम्नानुसार सारांशित किया गया हैः

1यदि रेडियल बल बहुत छोटा है, तो सीलिंग प्रदर्शन खराब होगा; 2. यदि रेडियल बल बहुत बड़ा है, तो पहनना होगा और सेवा जीवन छोटा हो जाएगा;रेडियल बल सीधे संपर्क क्षेत्र के घर्षण और तापमान को प्रभावित करता हैजब रेडियल बल बहुत बड़ा होता है, घर्षण से बड़ी गर्मी उत्पन्न होती है और होंठ की उम्र बढ़ने में तेजी आती है।जब शाफ्ट और आवास सनकी हैं, उचित रेडियल बल लागू किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि होंठ में उचित ट्रैकिंग क्षमता हो; 6. रेडियल बल माध्यम के संचालन दबाव को सीमित करता है। यदि माध्यम का दबाव बहुत अधिक है,रेडियल बल में और वृद्धि से तेल सील का जीवनकाल छोटा हो जाएगा।

तेल सील सामग्री

वर्तमान में, तेल सील मुख्य रूप से सिंथेटिक रबर से निर्मित होते हैं। क्योंकि इसका चयन और संरचनात्मक डिजाइन सील प्रदर्शन और तेल सील के सेवा जीवन को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक हैं,रबर के गुणों को सही ढंग से समझना और उपयुक्त सामग्री का चयन करना महत्वपूर्ण हैतेल सील के लिए सबसे उपयुक्त रबर सामग्री को तेल सील के प्रासंगिक मापदंडों के आधार पर निर्धारित किया जाना चाहिएः शाफ्ट पर रेडियल बल लीक को रोकने के लिए पर्याप्त होना चाहिए,फिर भी एक निश्चित तेल फिल्म मोटाई बनाए रखने के लिए पर्याप्त कम घर्षण गर्मी कम रखने के लिएसील में पर्याप्त हस्तक्षेप होना चाहिए ताकि ऑपरेशन के दौरान विचलन के प्रभावों को दूर किया जा सके। संपर्क क्षेत्र में होंठ क्षेत्र भी एक निर्धारक कारक है।

तेल सील सामग्री सीधे इन तीन मापदंडों को प्रभावित करती है। जैसे-जैसे सामग्री समय और तापमान के साथ बदलती है, महत्वपूर्ण मापदंड भी तदनुसार बदलते हैं। उदाहरण के लिए, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है,सामग्री का मॉड्यूलस घटता हैथर्मल विस्तार, सीलिंग माध्यम के कारण होने वाली सामग्री की सूजन और रबर यौगिक की कठोरता सभी रेडियल बल और हस्तक्षेप फिट को प्रभावित करती है।

इन कारणों से तेल सील सामग्री के चयन में निम्नलिखित गुणों पर विचार किया जाना चाहिए: सील माध्यम के साथ संगतता, माध्यम के कारण सूजन या कठोरता के प्रतिरोध;अच्छा गर्मी और पहनने के प्रतिरोध; और शाफ्ट की मोटाई और विलक्षणता में भिन्नता को समायोजित करने के लिए मध्यम लोच।

रबर सामग्री के सूत्रों के निरंतर विकास के कारण, नई सामग्रियों के उभरने और मौजूदा सामग्रियों में लगातार सुधार के साथ,नीचे तेल सील के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सामग्रियों का संक्षिप्त विवरण दिया गया है: नाइट्राइल रबर (एनबीआर), पॉलीक्रिलेट रबर (पीएआर), सिलिकॉन रबर, फ्लोरो रबर (एफकेएम) और पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई) ।

नाइट्राइल रबर

एनबीआर का उपयोग सील निर्माण में अन्य सभी इलास्टोमर्स के संयोजन की तुलना में अधिक मात्रा में किया जा सकता है। एनबीआर ब्यूटाडीन और प्रोपिलिन का एक सह-पोलिमर है, जिसमें 18% से 40% तक प्रोपिलिन होता है।यह निम्न श्रेणी में है।, मध्यम, और उच्च प्रोपिलिन सामग्री। जबकि एनबीआर की तेल प्रतिरोधकता प्रोपिलिन सामग्री के साथ बढ़ जाती है, इसकी कम तापमान लचीलापन कम हो जाती है।उच्च तापमान ईंधन और तेलों के लिए कुछ प्रतिरोध अक्सर बलिदान किया जाता है. नाइट्राइल रबर में उत्कृष्ट भौतिक गुण होते हैं, जिसमें अधिकांश अन्य रबरों की तुलना में बेहतर ठंड प्रवाह, आंसू और घर्षण प्रतिरोध होता है। हालांकि यह ओजोन, मौसम और सूर्य के प्रकाश के प्रति प्रतिरोधी नहीं है,हालांकि इन गुणों को फॉर्मूलेशन डिजाइन के माध्यम से सुधार किया जा सकता हैनाइट्राइल रबर पेट्रोलियम आधारित तेल, ईंधन तेल, पानी, सिलिकॉन तेल और सिलिकॉन एस्टर और एथिलीन ग्लाइकोल के मिश्रण के साथ उपयोग के लिए उपयुक्त है।यह ईपी तेल के संपर्क के लिए उपयुक्त नहीं है, हाइड्रोजनयुक्त हाइड्रोकार्बन, नाइट्रोकार्बन, फॉस्फेट एस्टर तरल पदार्थ, केटोन, मजबूत एसिड और कुछ ऑटोमोटिव ब्रेक तरल पदार्थ।

पॉलीक्रिलेट रबर

पॉलीएक्रिलैट (एसीएम) रबर अन्य असंतृप्त मोनोमर्स के साथ अल्किल एक्रिलैट्स का एक इमल्शन सह-स्लरी है। आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले अल्किल एक्रिलैट्स एथिलीन एथिल एक्रिलैट और बुटाइल एक्रिलैट हैं।पॉलीएक्रिलेट रबर का प्रदर्शन नाइट्रिल रबर और फ्लोरो रबर के बीच हैचूंकि इसकी मुख्य श्रृंखला में कोई दोहरे बंधन नहीं होते हैं, इसलिए यह गर्मी, ओजोन और मौसम के प्रति उच्च प्रतिरोध प्रदर्शित करता है।इसकी साइड चेन पर क्लोरीन (Cl) या (CM) कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति इसके तेल प्रतिरोध को और बढ़ाती हैइस रबर की मुख्य विशेषता खनिज तेल, हाइपरबोलिक तेल और मक्खन के लिए 178 डिग्री सेल्सियस पर इसका उत्कृष्ट प्रतिरोध है।यह उम्र बढ़ने और फ्लेक्स क्रैकिंग के लिए उत्कृष्ट प्रतिरोध भी प्रदर्शित करता हैइसके मुख्य दोषों में खराब प्रसंस्करण, मिश्रण के दौरान रोलर्स पर चिपकने, कम तापमान पर सीमित प्रदर्शन, पानी और भाप के प्रति कम प्रतिरोध शामिल हैं।एथिलीन ग्लाइकोल और अत्यधिक सुगंधित तेलों के प्रति कम प्रतिरोध, उच्च संपीड़न सेट, और धातु मोल्ड और शाफ्ट के लिए महत्वपूर्ण संक्षारण। इसकी लोच, पहनने के प्रतिरोध, और विद्युत इन्सुलेशन गुण भी अपेक्षाकृत खराब हैं। इसके अलावा,इसकी उच्च संतृप्ति के कारणजबकि उचित रूप से तैयार किए जाने से इसके पहनने के प्रतिरोध में काफी सुधार किया जा सकता है, फिर भी यह नाइट्राइल रबर से कम है।

सिलिकॉन रबड़

सिलिकॉन रबर अपने यांत्रिक गुणों को व्यापक तापमान सीमा में बनाए रखता है, -65°C पर लचीला रहता है और 230°C पर लंबे समय तक काम करने में सक्षम होता है।यद्यपि इसके यांत्रिक गुणों को विशेष यौगिक के माध्यम से बढ़ाया जा सकता है, इसकी ताकत, आंसू प्रतिरोध और घर्षण प्रतिरोध आम तौर पर अपेक्षाकृत खराब होते हैं। क्षार, कमजोर एसिड और ओजोन के प्रतिरोध आम तौर पर अच्छे होते हैं, लेकिन इसकी तेल प्रतिरोध मध्यम होती है।रासायनिक गुणों को मिश्रण एजेंटों से बेहतर बनाया जा सकता हैहालांकि, सिलिकॉन रबर आमतौर पर हाइड्रोकार्बन जैसे गैसोलीन, पैराफिन और हल्के खनिज तेल में उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है।क्योंकि इन मीडिया के कारण यह सूजन और नरम हो जाएगासिलिकॉन रबर का मुख्य लाभ यह है कि यह बहुत कम तापमान पर लोच बनाए रखने में सक्षम है। इसके अलावा यह कठोरता के बिना लंबे समय तक उच्च तापमान का सामना कर सकता है।इसे अन्य रबरों की तुलना में उच्च और निम्न तापमान सील की एक व्यापक श्रृंखला के लिए उपयुक्त बनानारोटरी सील के लिए, इसका ऑपरेटिंग तापमान मानक रबर से अधिक है। हालांकि, सिलिकॉन रबर अधिकांश अन्य रबर की तुलना में अधिक महंगा है।

फ्लोरोसिलिकॉन रबर एक अधिक महंगा रबर है। इसका प्रदर्शन अनिवार्य रूप से सिलिकॉन रबर के समान है, लेकिन इसका अनुप्रयोग दायरा संकीर्ण है। इसका मुख्य लाभ इसकी तेल प्रतिरोध है,जो नाइट्राइल रबर के बराबर या उसके करीब हैयह इसे नाइट्रिल रबर के परिचालन तापमान सीमाओं के बाहर उपयोग करने की अनुमति देता है जबकि अभी भी सिलिकॉन रबर की कमी के तेल प्रतिरोध प्रदान करता है।

फ्लोरो रबर

फ्लोरो रबर एक संतृप्त बहुलक है जिसमें मुख्य या साइड चेन में कार्बन परमाणुओं पर फ्लोरीन परमाणु होते हैं। इसमें अद्वितीय और उत्कृष्ट गुण होते हैं।यह उच्च तापमान के प्रतिरोध की विशेषता है, तेल, गंभीर संक्षारण, सॉल्वैंट्स, मौसम, ओजोन, कम गैस पारगम्यता, और उत्कृष्ट भौतिक गुण। यह 200°C और 250°C के बीच तापमान पर लगातार काम कर सकता है।इसके नुकसान कम तापमान पर खराब प्रदर्शन और उच्च संपीड़न सेट हैंफ्लोरो रबर के संपीड़न सेट को बेहतर बनाने के लिए घरेलू और अंतरराष्ट्रीय स्तर पर काफी शोध किया गया है।

पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन

प्लास्टिक आम तौर पर अर्ध-कठोर होते हैं और आमतौर पर सील के रूप में उपयोग नहीं किए जाते हैं। पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई) एक अपवाद है। यह अद्वितीय गुणों के साथ एक फ्लोरोकार्बन यौगिक है,विशेष रूप से व्यापक परिचालन तापमान सीमा पर रासायनिक हमले के लिए इसकी प्रतिरोधयह धातुओं के खिलाफ घर्षण का एक कम गुणांक प्रदर्शित करता है, लेकिन भराव सुदृढीकरण के बिना, इसकी यांत्रिक ताकत कम है। पीटीएफई विशेष रूप से समग्र संरचनाओं से बने सील में उपयोगी है।उदाहरण के लिए, मशीनीकृत या मोल्ड पीटीएफई का उपयोग कम घर्षण वाली सतह और रासायनिक प्रतिरोधी कोटिंग दोनों के रूप में किया जा सकता है।

तेल सील सामग्री गुण

तेल सील सामग्री का कार्य तापमान

ऑपरेटिंग तापमान तेल सील के सेवा जीवन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। कई आम तौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले तेल सील सामग्री के संचालन तापमान तालिका 4 में दिखाए गए हैं।

तालिका 4 आम तौर पर इस्तेमाल की जाने वाली तेल सील सामग्री के संचालन तापमान

निम्न तापमान पर प्रदर्शन परिवर्तन उच्च तापमान पर उन लोगों से काफी भिन्न होते हैं। तापमान में कमी के साथ, लगभग सभी इलास्टोमर लचीलापन की हानि के कारण धीरे-धीरे कठोर होते हैं,विरूपण से उनकी वसूली को धीमाक्रिस्टलीकरण भी होता है, हालांकि धीरे-धीरे। सामग्री भंगुरता तक पहुंचने से पहले, यदि कोई वैकल्पिक इलास्टोमर सामग्री नहीं है, तो स्प्रिंग बल आवश्यक लचीलापन प्रदान कर सकता है।उच्च तापमान पर, सभी इलास्टोमर अपनी लोच खो देते हैं और नरम होने लगते हैं। उच्च तापमान भी सामग्री की उम्र बढ़ने में तेजी लाते हैं,आम तौर पर लोच की हानि और कठोरता और मॉड्यूल की क्रमिक वृद्धि के रूप में प्रकट होता है.

तेल सील सामग्री का पहनने का प्रतिरोध

सामग्री के पहनने के प्रतिरोध तेल सील के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। रबर का पहनने के प्रतिरोध इसकी कठोरता और आंसू प्रतिरोध से संबंधित है। आम तौर पर, बढ़ी हुई कठोरता के साथ पहनने के प्रतिरोध में सुधार होता है;बेहतर आंसू प्रतिरोध भी बेहतर पहनने प्रतिरोध का कारण बनता हैइसके अलावा, किसी सामग्री के पहनने के प्रतिरोध को उसके घर्षण गुणांक और संभोग सतह की चमक जैसे कारकों से भी प्रभावित किया जाता है।

सीलिंग मीडिया के साथ संगतता

जैसे-जैसे सामग्री द्रव माध्यम को अवशोषित करती है, उसकी मात्रा बदल जाती है। अत्यधिक विस्तार सामग्री के भौतिक और यांत्रिक गुणों को खराब कर सकता है, जिससे यह अस्वीकार्य हो जाता है।अत्यधिक विस्तार से रासायनिक प्रतिक्रियाएं भी हो सकती हैं, जैसे कि विघटन, सामग्री के भीतर कुछ घटकों के बीच बातचीत, या सतह की भंगुरता, जिससे दरारें होती हैं। इन मामलों में, सीलिंग माध्यम और सामग्री असंगत हैं।कुछ मामलों में, सीलिंग माध्यम रबर यौगिक से प्लास्टिसाइज़र और एंटीऑक्सिडेंट जैसे योजक निकाल सकता है, इलेस्टोमर की संरचना को बदल सकता है और यहां तक कि सिकुड़ने का कारण बन सकता है, जिससे रिसाव हो सकता है।तेल सील सामग्री के कुछ मीडिया के साथ संगतता के बारे में जानकारी के लिए, कृपया तालिका 5 देखें।

तालिका 5 तेल सील सामग्री की संगतता

उपरोक्त से यह देखा जा सकता है कि तेल सील का संरचनात्मक डिजाइन बहुत महत्वपूर्ण है। भले ही तेल सील सामग्री बहुत अच्छी हो, यदि इसका संरचनात्मक डिजाइन अनुचित है,प्रभावी सीलिंग प्राप्त नहीं की जा सकती.