|
Для уплотнения таких машинных узлов, как насосы или клапаны, чаще всего используются динамические или статические прокладки, как например о-образные уплотнительные кольца. Новой тенденцией является замена отдельных прокладок тефлоновыми элементами. Это не просто уплотнительный элемент, а модуль, соответствующий общей концепции конструкции.
Полимерный материал тефлон (политетрафторэтилен) по достоинству оценен специалистами химической и фармацевтической отраслей промышленности благодаря таким свойствам, как устойчивость к химикатам и высоким температурам, инертность и возможность стерилизации. Антиадгезивные свойства материала и многочисленные способы обработки открывают широкие перспективы использования материала в различных отраслях и самых разных конструкциях. Благодаря добавкам к полимеру различных наполнителей, например, угля, графита, бронзы и других органических и неорганических компонентов свойства материала, как, например, устойчивость к высокому давлению или износостойкость, могут быть целенаправленно изменены и улучшены.
Производство тефлоновых уплотнительных элементов (рис.1) осуществляется следующими способами:
Формование раздувом, например, пластическое формообразование со встраиванием уплотнительного фланца;
обработка резанием с привинчиванием уплотнительной манжеты, статическим уплотнительным элементом и направляющими;
соединение с металлами, полимерами, эластомерами или другими тефлоновыми деталями;
сваривание.
 Знание возможностей комбинирования и свойств материалов открывает новые перспективы в производстве прокладок. На основе уплотнительного элемента, состоящего из отдельных прокладок, направляющих и деталей, разрабатывалась современная концепция уплотнения, призванная снизить стоимость узла, количество компонентов, размеры, повысить надежность в эксплуатации. Задача состояла в том, чтобы разработать герметичный скользящий элемент, который был бы снабжен датчиком утечки. Исходя из того, что система поршней предусматривала наличие "защелкивающейся" уплотнительной манжеты, проложенной направляющей ленты, прокладки для штока и соответствующих несущих компонентов конструкции, от традиционного решения пришлось отказаться.
Эластомерные прокладки вряд ли справились бы с задачей.
  В основу новой конструкции легла тефлоновая вращающаяся деталь, выполняющая отдельные функции: вместо традиционного отдельного поршня (рис.2, слева) уплотнительные манжеты накручиваются на основу и запрессовываются (рис.2, справа). Затем фронтальная сторона поршня и корпуса совмещаются таким образом, чтобы не осталось пустот и в насосе создался полный вакуум. В данном случае нет щелей, неизбежных при установке в местах выточки традиционных уплотнительных манжет. Эта конструкция не требует дополнительных направляющих лент, поскольку тефлон отличается хорошими антифрикционными свойствами и может работать без смазки. В этом случае функцию направляющей выполняет цилиндрический участок поршня, изготовляемый по паспортным размерам. Таким образом, конструкция более экономична, т.к. нет необходимости в дополнительных деталях, выточке под направляющую ленту и монтаже.
Еще одной функцией уплотнительного элемента должно стать размещение датчика утечки. В случае отказа прокладки, соприкасающейся с рабочей средой, жидкость попадает в коллектор между прокладками, затем через центральное отверстие в штоке поршня протекает наружу, где и обнаруживается датчиком. Вторая прокладка в это время не допускает попадания жидкости в корпус и тем самым является прокладкой безопасности. Эластомерные прокладки не подходили для конструкции с двумя прилегающими друг к другу прокладками, поскольку прокладка, обращенная к рабочей среде, постоянно снимала смазку. В результате плохо смазанная прокладка безопасности изнашивалась быстрее, чем рабочая прокладка. Проблема тем не менее решалась при помощи второй манжетной прокладки на штоке поршня, что однако требовало дополнительных затрат на выточку, монтаж, прокладку и дополнительной поверхности поршневого штока. Вращающаяся тефлоновая деталь кроме всего прочего имеет сильфонный участок с фланцем, который с одной стороны создает герметичное уплотнение для рабочей среды с внешней стороны, с другой стороны позволяет поступательное движение. Навинчивающийся фланец одновременно обеспечивает прочность и служит статической рифленой уплотнительной прокладкой.
Соединение многофункциональной детали с поршневым штоком может осуществляться непосредственно при помощи резьбы, дополнительной резьбовой вставки или поперечного штифта. В случае утечки специальные фланцы, которые запрессовываются во время монтажа, обеспечивают уплотнение штока по внутреннему диаметру. Многофункциональная деталь, которая пришла на смену конструкции, состоящей из отдельных элементов, отличается более простым и быстрым монтажом, а также повышенной надежностью.
Новые перспективы для конструкций насосов
Еще одним примером замены традиционных прокладок тефлоновым элементом является конструкция плунжерного поршня для низких температур со встроенными прокладками и направляющими. Для этой цели была разработана деталь из композитного материла на титановой основе, покрытой тефлоновым компаундом. Уплотнительный эффект при температуре -200°С достигается без дополнительных прокладок. Герметичность рабочей среды обеспечивается малым зазором плунжера и высокой частотой работы насоса. Эффект смазки поршня обеспечивается исключительно трибологическими свойствами компаунда.
 Кроме указанных выше примеров, многофункциональные детали хорошо зарекомендовали себя также в мембранных насосах. Так, например, была разработана многослойная мембрана (рис.3) с системой сенсоров, которая может использоваться в насосах для химических установок. Мембрана состоит из нескольких тефлоновых пластин: рабочей, сигнальной и мембраны безопасности. Средняя мембрана содержит отверстия, через которые в случае поломки рабочей мембраны жидкость поступает наружу, к сенсору. Пока насос работает, мембрана безопасности обеспечивает герметичность. Описанные конструкции доказывают возможность решения самых разных проблем при помощи многофункциональных элементов. Основной целью является создание надежного, функционального и конкурентоспособного с точки зрения стоимости решения. Путем комбинирования стандартных элементов это зачастую невозможно, поскольку для крепления прокладки требуются пазы, в результате образуются ненужные зазоры, в которых может скапливаться жидкость. Для того, чтобы найти новые решения и разработать новые конструкции, в центре внимания должны быть уплотнительные модули, сочетающие в себе функции отдельных элементов.
Производство тефлона без затрат на формовку
Несмотря на то, что тефлон ptfe является термопластом, он производится не как обычные термопласты впрыском при помощи формовочного инструмента, а прессованием, спеканием, с дальнейшим приданием формы резаньем. Производство тефлона, не требующее формовочного инструмента, позволяет избежать высоких затрат на инструменты, а также дает возможность изготовления малых партий тефлоновых прокладок под заказ. Только в случае формования тефлоновых элементов без снятия стружки необходимы инструменты для пластического формообразования, которые в большей степени и определяют стоимость прокладки.
|
|
