Dujų prasiskverbimo per cilindro sandariklio medžiagas greičio analizė

Įvadas

Jūsų pneumatinė sistema per naktį paslaptingai praranda slėgį, tačiau nėra matomų nuotėkių. 🔍 Patikrinote visas jungtis, pakeitėte įtartinas sandarikles ir patikrinote linijų slėgį, tačiau kiekvieną rytą sistemą reikia vėl pripildyti slėgiu. Kas yra nematomas kaltininkas? Dujų prasiskverbimas per sandariklių medžiagas – tai molekulinio lygio reiškinys, kuris tyliai mažina efektyvumą ir padidina daugelio pramoninių sistemų eksploatacijos išlaidas 15–30%.

Dujų prasiskverbimas – tai suspausto oro molekulinė difuzija per sandarinimo medžiagų polimerinę matricą, kurios greitis priklauso nuo medžiagos cheminės sudėties, dujų tipo, slėgio skirtumo, temperatūros ir sandarinimo storio. Prasiskverbimo greitis svyruoja nuo 0,5 iki 50 cm³/(cm²·diena·atm) ir sukelia laipsnišką slėgio praradimą net ir puikiai sumontuotose sandarinimo vietose, todėl medžiagos pasirinkimas yra labai svarbus, kai reikia išlaikyti didelį slėgį, minimalų oro suvartojimą arba dirbti su specialiosiomis dujomis, pvz., azotu ar heliumu.

Praėjusiais metais dirbau su Rebecca, procesų inžiniere farmacijos pakavimo įmonėje Masačusetse, kuri buvo nusivylusi dėl nepaaiškinamo suslėgto oro suvartojimo padidėjimo. Jos sistema suvartodavo 18% daugiau oro nei numatyta projektinėse specifikacijose, o tai kasmet kainuodavo daugiau nei $12 000 kompresoriaus energijos nuostolių. Išanalizavę jos cilindrų sandariklių medžiagas, nustatėme, kad problema buvo didelio pralaidumo NBR sandarikliai. Pereitus prie mažo pralaidumo Bepto cilindrų su HNBR ir PTFE sandariklių sistemomis, jos oro suvartojimas sumažėjo 14%, o investicija atsipirko per septynis mėnesius. 💰

Turinys

• Kas yra dujų prasiskverbimas ir kuo jis skiriasi nuo nuotėkio?
• Kaip skiriasi skirtingų sandariklių medžiagų dujų pralaidumo rodikliai?
• Kokie veiksniai daro įtaką skvarbos greičiui pneumatinio cilindro taikymuose?
• Kokios sandarinimo medžiagos sumažina pralaidumą kritinėms taikymoms?

Kas yra dujų prasiskverbimas ir kuo jis skiriasi nuo nuotėkio?

Supratimas apie molekulinę fiziką, susijusią su prasiskverbimu, padeda diagnozuoti paslaptingus slėgio nuostolius ir pasirinkti tinkamas sandarinimo medžiagas. 🔬

Dujų prasiskverbimas yra trijų etapų molekulinis procesas, kurio metu dujų molekulės ištirpsta sandarinimo medžiagos paviršiuje, difuzuojasi per polimerinę matricą, veikiant koncentracijos gradientams, ir desorbuojasi žemo slėgio pusėje. Skirtingai nuo mechaninio nuotėkio per tarpelius ar defektus, prasiskverbimas vyksta per nepažeistą medžiagą greičiu, kurį lemia pralaidumo koeficientas (tirpumo ir difuzijos sandauga), todėl jo išvengti neįmanoma, bet jį galima kontroliuoti pasirenkant medžiagą ir optimizuojant sandarinimo geometriją.

Permeacijos molekulinis mechanizmas

Galvokite apie sandarinimo medžiagas kaip apie molekulinės kempines su mikroskopinėmis ertmėmis tarp polimerų grandinių. Dujų molekulės, nepaisant to, kad yra “sandarinamos”, iš tiesų gali ištirpti medžiagos paviršiuje, prasiskverbti per šias ertmes ir išeiti kitoje pusėje. Tai nėra defektas – tai yra pagrindinis fizikos dėsnis, kuris pasireiškia visose elastomerinėse ir polimerinėse medžiagose.

Procesas vyksta taip Ficko difuzijos dėsniai¹. Permeabilumo koeficientas yra proporcingas slėgio skirtumui tarp sandariklio ir atvirkščiai proporcingas sandariklio storio. Tai reiškia, kad padvigubinus slėgį, permeabilumo koeficientas padvigubėja, o padvigubinus sandariklio storį, jis sumažėja perpus.

Prasiskverbimas ir nuotėkis: esminiai skirtumai

Daugelis inžinierių painioja šiuos reiškinius, tačiau jie iš esmės skiriasi:

Mechaninis nuotėkis:

• Atsiranda dėl fizinių tarpų, įbrėžimų ar pažeidimų
• Srautas priklauso nuo slėgio 0,5–1,0 laipsniu (priklausomai nuo srauto režimo)
• Gali būti aptiktas muilo tirpalu arba ultragarsiniai nuotėkio detektoriai²
• Pašalinta tinkamai sumontavus ir pakeitus sandariklį
• Paprastai matuojama litrais per minutę

Molekulinė permeacija:

• Atsiranda dėl nepažeistos medžiagos struktūros
• Srautas yra tiesinis su slėgiu (pirmojo laipsnio procesas)
• Negali būti aptiktas įprastiniais nuotėkio aptikimo metodais
• Būdinga medžiagos pasirinkimui, sumažinama tik medžiagos atranka
• Paprastai matuojama cm³/(cm²·diena·atm) arba panašiomis vienetais.

“Bepto” ištyrėme šimtus „paslaptingų nuotėkio“ atvejų, kai klientai tvirtino, kad sandarikliai buvo defektiniai. Apie 40% atvejų problema buvo ne nuotėkis, o pralaidumas – sandarikliai veikė puikiai, bet medžiagos pralaidumas buvo per didelis, kad atitiktų taikymo reikalavimus.

Kodėl pramoninėje pneumatikoje svarbus pralaidumas

Tipiniam 63 mm skersmens cilindrui su 400 mm eiga, veikiančiam 8 bar slėgiu, per standartines NBR sandarikles per dieną gali prarasti 50–150 cm³ oro. Tai gali neatrodyti daug, bet 100 cilindrų, veikiančių 24 valandas per parą, atveju tai sudaro 5–15 litrų per dieną, o tai reiškia 1800–5500 litrų per metus vienam cilindrui.

Esant $0,02–0,04 už kubinį metrą suslėgto oro (įskaitant kompresoriaus energiją, techninę priežiūrą ir sistemos išlaidas), pralaidumo nuostoliai gali kainuoti $360–2200 per metus už 100 cilindrų sistemą. Dideliems objektams, turintiems tūkstančius cilindrų, tai tampa reikšmingomis eksploatacinėmis išlaidomis, kurios visiškai nematomos techninės priežiūros ataskaitose.

Laiko konstantos ir slėgio mažėjimo profiliai

Permeacija sukuria charakteringas slėgio mažėjimo kreives, kurios skiriasi nuo nuotėkio. Mechaniniai nuotėkiai sukelia eksponentinį slėgio mažėjimą, kuris iš pradžių yra greitas, o laikui bėgant lėtėja. Permeacija sukelia beveik linijinį slėgio mažėjimą po pradinio pusiausvyros laikotarpio.

Jei cilindrą pripildote iki 8 barų slėgio ir stebite slėgį 24 valandas, galite išskirti šiuos mechanizmus:

• Staigus kritimas per pirmą valandą, po to stabilus: Mechaninis nuotėkis
• Nuoseklus, linijinis nuosmukis: Dominuoja pralaidumas
• Abu derinys: Mišrus nuotėkis ir prasiskverbimas

Šis diagnostinis metodas padėjo man išspręsti daugybę klientų problemų ir nustatyti, ar tinkamas sprendimas yra sandariklio keitimas, ar medžiagos atnaujinimas.

Kaip skiriasi skirtingų sandariklių medžiagų dujų pralaidumo rodikliai?

Medžiagos cheminė sudėtis iš esmės lemia pralaidumą, todėl jos pasirinkimas yra labai svarbus efektyvumo ir sąnaudų kontrolės požiūriu. 📊

Sąlyčio su suslėgtu oru medžiagų pralaidumo koeficientai skiriasi keliais dydžiais: PTFE pasižymi mažiausiu pralaidumu – 0,5–2 cm³/(cm²·diena·atm), po jo eina Viton/FKM – 2–5, HNBR – 5–12, standartinis poliuretanas – 15–25, o NBR – 25–50 cm³/(cm²·diena·atm). Šie skirtumai reiškia 10–100 kartų skirtingą oro nuostolių greitį, todėl medžiagos pasirinkimas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis su pralaidumu susijusių eksploatacinių išlaidų sumažinimą pneumatinėse sistemose.

Išsamus medžiagų pralaidumo palyginimas

„Bepto“ atliko išsamius visų naudojamų sandarinimo medžiagų pralaidumo bandymus. Čia pateikiami mūsų matavimo duomenys suspaustam orui (daugiausia azotui ir deguoniui) esant 23 °C temperatūrai:

Sandariklio medžiaga	Prasiskverbimo greitis*	Santykinis našumas	Sąnaudų veiksnys	Geriausios programos
PTFE (pirminis)	0.5-2	Puikus (1x bazinis lygis)	3,5–4,0x	Kritinis laikymas, specialiosios dujos
Užpildytas PTFE	1-3	Puikus	2.5-3.0x	Aukšto slėgio, mažo pralaidumo
Vitonas (FKM)	2-5	Labai geras	2,8–3,5x	Atsparumas cheminėms medžiagoms + mažas pralaidumas
HNBR	5-12	Geras	1.8-2.2x	Subalansuotas veikimas, atsparumas aliejui
Poliuretanas (AU)	15-25	Vidutinio sunkumo	1,0–1,2x	Standartinė pneumatinė sistema, geras nusidėvėjimas
NBR (nitrilas)	25-50	Prastas	0,8–1,0x	Žemas slėgis, jautrus kainai
Silikonas	80-150	Labai blogai	1.2-1.5x	Venkite naudoti pneumatinėje įrangoje (didelis pralaidumas)

*Vienetai: cm³/(cm²·diena·atm) 23 °C temperatūros orui

Kodėl egzistuoja šie skirtumai: polimerų chemija

Polimerų molekulinė struktūra lemia, kaip lengvai dujų molekulės gali ištirpti ir difuzuoti per juos:

PTFE (politetrafluoretilenas): Labai tankus molekulių susikaupimas su stipriais anglies ir fluoro ryšiais sukuria minimalų laisvą tūrį. Dujų molekulės randa nedaug kelių per struktūrą, todėl pralaidumas yra labai mažas.

Fluoroelastomerai (Viton/FKM): Panaši fluoro chemija kaip PTFE, bet su lankstesne elastomerine struktūra. Vis dar užtikrina puikias barjerines savybes, išlaikydama sandarinimo lankstumą.

Poliuretanas: Vidutinė poliarumas ir vandenilio ryšiai sukuria pusiau pralaidžią struktūrą. Geros mechaninės savybės, bet didesnis pralaidumas nei fluoropolimerų.

NBR (nitrilo kaučiukas): Santykinai atvira molekulinė struktūra su dideliu laisvu tūriu leidžia lengviau difuzuoti dujas. Puikiai tinka mechaniniam sandarinimui, tačiau turi prastas barjerines savybes.

Dujų specifiniai pralaidumo pokyčiai

Skirtingi dujos skverbiasi per tą pačią medžiagą labai skirtingu greičiu. Mažos molekulės, tokios kaip helis ir vandenilis, skverbiasi 10–100 kartų greičiau nei azotas ar deguonis:

Helio prasiskverbimas (palyginti su oru = 1,0x):

• Per NBR: 15–25 kartus greičiau
• Per poliuretaną: 12–18 kartų greičiau  
• Per PTFE: 8–12 kartų greičiau

Štai kodėl helio nuotėkio bandymai yra tokie jautrūs ir kodėl sistemoms, kuriose naudojamas helis ar vandenilis, reikalingos specialios mažo pralaidumo sandarinimo medžiagos. Kartą konsultavau vandenilio kuro elementų bandymų laboratoriją, kurioje standartinės poliuretano sandarinimo medžiagos per naktį prarandavo 30% vandenilio. Perėjus prie PTFE sandarinimo medžiagų, nuostoliai sumažėjo iki mažiau nei 3%. 🎈

Temperatūros poveikis pralaidumui

Permeacijos greitis eksponentiškai didėja su temperatūra, paprastai padvigubėdamas kas 20–30 °C. Tai atitinka Arrhenius lygtis³—aukštesnė temperatūra suteikia daugiau molekulinės energijos difuzijai per polimerinę matricą.

Standartiniam poliuretano sandarikliui:

• Esant 20 °C temperatūrai: 20 cm³/(cm²·diena·atm)
• Esant 40 °C temperatūrai: 35–40 cm³/(cm²·diena·atm)
• Esant 60 °C temperatūrai: 60–75 cm³/(cm²·diena·atm)

Šis jautrumas temperatūrai reiškia, kad cilindrai, naudojami karštoje aplinkoje (šalia krosnių, vasarą lauke arba atogrąžų klimato sąlygomis), patiria žymiai didesnius pralaidumo nuostolius nei tie patys cilindrai, naudojami klimato kontrolės įrenginiuose.

Kokie veiksniai daro įtaką skvarbos greičiui pneumatinio cilindro taikymuose?

Be medžiagų pasirinkimo, keletas projektavimo ir eksploatavimo parametrų daro įtaką faktiniam pralaidumo našumui realiose sistemose. ⚙️

Pneumatinės cilindrų pralaidumo rodikliai priklauso nuo sandariklio geometrijos (storio ir paviršiaus ploto), darbinio slėgio (linijinis santykis), temperatūros (eksponentinis padidėjimas), dujų sudėtis (mažos molekulės prasiskverbia greičiau), sandariklio suspaudimas (paveikia efektyvų storį ir tankį) ir senėjimas (degradacija padidina prasiskverbimą 20–50% per sandariklio tarnavimo laiką) – optimizavus šiuos veiksnius tinkamu projektu ir medžiagų parinkimu, prasiskverbimo nuostolius galima sumažinti 60–80%, palyginti su bazinėmis konfigūracijomis.

Sandariklio geometrija ir efektyvusis storis

Pralaidumo koeficientas yra atvirkščiai proporcingas sandariklio storio – atstumo, kurį turi įveikti dujų molekulės. Dvigubai storesnis sandariklis turi perpus mažesnį pralaidumo koeficientą. Tačiau yra praktinių apribojimų:

Ploni sandarikliai (1–2 mm skerspjūvis):

• Didesnis pralaidumas
• Reikalinga mažesnė sandarinimo jėga
• Tinka mažos trinties taikymams
• Naudojamas mūsų Bepto mažos trinties cilindruose be strypų

Stori sandarikliai (3–5 mm skerspjūvis):

• Mažesni pralaidumo koeficientai
• Reikalinga didesnė sandarinimo jėga
• Geresnis ilgalaikis slėgio išlaikymas
• Naudojamas aukšto slėgio ir ilgalaikio veikimo taikymuose

Efektyvusis storis taip pat priklauso nuo sandariklio suspaudimo. Sandariklis, suspaustas 15–20%, turi šiek tiek didesnį tankį ir mažesnį pralaidumą nei tas pats sandariklis, suspaustas tik 5–10%. Todėl svarbu tinkamai suprojektuoti sandariklio griovelį – jis kontroliuoja suspaudimą ir todėl pralaidumo charakteristikas.

Slėgio skirtumo poveikis

Skirtingai nuo nuotėkio (kuris atitinka galios dėsnio santykius), pralaidumas yra tiesiogiai proporcingas slėgio skirtumui. Padvigubėjus slėgiui, pralaidumo greitis taip pat padvigubėja. Dėl šio linijinio santykio pralaidumas tampa vis svarbesnis esant didesniam slėgiui.

Cilindrui su poliuretano sandarikliais (20 cm³/(cm²·diena·atm) pralaidumas):

• Esant 4 bar slėgiui: 80 cm³/(cm²·dieną) pralaidumas
• Esant 8 bar slėgiui: 160 cm³/(cm²·dieną) pralaidumas  
• Esant 12 bar slėgiui: 240 cm³/(cm²·dieną) pralaidumas

Štai kodėl mes, „Bepto“, rekomenduojame mažo pralaidumo sandarinimo medžiagas (HNBR arba PTFE) naudoti esant slėgiui virš 10 barų – pralaidumo nuostoliai esant aukštam slėgiui tampa ekonomiškai reikšmingi net ir vidutinio pralaidumo medžiagoms.

Dujų sudėtis ir molekulių dydis

Pramoninis suslėgtas oras paprastai susideda iš 78% azoto, 21% deguonies ir 1% kitų dujų. Šios sudedamosios dalys skverbiasi skirtingu greičiu:

Santykiniai pralaidumo koeficientai (azotas = 1,0x):

• Helio: 10–20 kartų greitesnis
• Vandenilis: 8–15 kartų greitesnis
• Deguonis: 1,2–1,5 karto greitesnis
• Azotas: 1,0x (bazinis lygis)
• Anglies dioksidas: 0,8–1,0x
• Argonas: 0,6–0,8x

Specialiųjų dujų taikymuose – azoto uždengime, inertinių dujų tvarkyme ar vandenilio sistemose – tai tampa ypač svarbu. Dirbau su Danieliu, inžinieriumi iš puslaidininkių gamybos gamyklos Kalifornijoje, kuris naudojo azotu prapūstus balionus procesams, kuriuose svarbu išvengti užteršimo. Jo standartiniai NBR sandarikliai per dieną praleisdavo 8–10% azoto, todėl reikėjo nuolat prapūsti. Mes nurodėme naudoti „Bepto“ balionus su „Viton“ sandarikliais, kurie sumažino azoto nuostolius iki mažiau nei 2% per dieną ir sumažino jo azoto išlaidas $18 000 per metus. 💨

Sandariklio senėjimas ir pralaidumo pablogėjimas

Naujos sandarikliai pasižymi optimalia atsparumu skvarbumui, tačiau senėjimas pablogina jų veikimą dėl kelių mechanizmų:

Suspaudimo rinkinys⁴: Nuolatinė deformacija sumažina efektyvų sandariklio storį.
Oksidacija: Cheminis skilimas sukuria mikro tuštumas polimere
Plastifikatoriaus nuostoliai: Lakūs komponentai išgaruoja, todėl medžiaga tampa trapesnė ir porėtesnė.
Mikroįtrūkimai: Ciklinis įtempimas sukelia mikroskopinius paviršiaus įtrūkimus.

Ilgalaikių bandymų metu „Bepto“ nustatėme, kad per pirmąjį milijoną ciklų poliuretano sandariklių pralaidumas padidėja 20–30%, o NBR sandariklių – 30–50%. PTFE ir Viton sandarikliai rodo minimalų susidėvėjimą – paprastai net po 5 milijonų ciklų padidėjimas yra mažesnis nei 10%.

Šis senėjimo efektas reiškia, kad sistemos, optimizuotos naujų sandariklių veikimui, palaipsniui praras efektyvumą. Projektavimas su 30–40% atsarga virš pradinių pralaidumo rodiklių užtikrina nuoseklų veikimą per visą sandariklio tarnavimo laiką.

Kokios sandarinimo medžiagos sumažina pralaidumą kritinėms taikymoms?

Norint pasirinkti optimalias sandarinimo medžiagas, reikia suderinti pralaidumo charakteristikas, mechanines savybes, kainą ir konkrečiam naudojimui keliamus reikalavimus. 🎯

Kritinėms mažos pralaidumo reikmėms PTFE ir užpildyti PTFE junginiai užtikrina geriausią našumą, nes jų pralaidumas yra 10–50 kartų mažesnis nei standartinių elastomerų, o HNBR užtikrina puikų kainos ir našumo santykį bendram pramoniniam naudojimui, nes jo pralaidumo atsparumas yra 2–5 kartus didesnis nei poliuretano. Renkantis konkretų produktą reikėtų atsižvelgti į darbinį slėgį (PTFE, jei slėgis didesnis nei 12 barų), temperatūros diapazoną (Viton, jei >80 °C), cheminį poveikį (FKM, jei alyvos/tirpikliai) ir ekonominį pagrįstumą, remiantis oro suvartojimo sąnaudomis ir medžiagos priemoka.

PTFE: aukščiausias standartas mažos pralaidumo savybės

Virgin PTFE pasižymi neprilygstamu atsparumu skvarbumui, tačiau reikalauja kruopštaus taikymo inžinerijos. PTFE nėra elastingas kaip guma – tai termoplastikas, kuriam reikia mechaninės energijos (spręžinių arba O-žiedų), kad išlaikytų sandarinimo jėgą.

Privalumai:

• Mažiausi pralaidumo rodikliai (0,5–2 cm³/(cm²·diena·atm))
• Puikus atsparumas cheminėms medžiagoms (praktiškai universalus)
• Platus temperatūros diapazonas (nuo -200 °C iki +260 °C)
• Labai mažas trinties koeficientas (0,05–0,10)

Apribojimai:

• Reikia energijos elementų (padidina sudėtingumą)
• Didesnės pradinės išlaidos (3–4 kartus didesnės nei standartinių sandariklių)
• Ar gali tekėti esant nuolatiniam aukštam slėgiui
• Reikalauja tikslaus griovelio dizaino

„Bepto“ kompanijoje mes naudojame spyruoklinius PTFE sandariklius mūsų aukščiausios kokybės cilindruose be strypų, skirtuose naudoti ten, kur reikalingas ilgas slėgio išlaikymas, minimalus oro suvartojimas arba darbas su specialiais dujomis. 3–4 kartus didesnė kaina yra lengvai pateisinama, kai pralaidumo nuostoliai viršija $500–1000 per metus vienam cilindrui.

HNBR: praktiškas pasirinkimas, užtikrinantis mažą pralaidumą

Hidrogenizuotas nitrilo kaučiukas (HNBR) yra puikus kompromisas tarp našumo ir kainos. Chemiškai jis panašus į standartinį NBR, tačiau turi sočiųjų polimerų grandines, kurios užtikrina geresnį atsparumą karščiui, atsparumą ozonui ir žymiai mažesnį pralaidumą.

Eksploatacinės charakteristikos:

• Pralaidumas: 5–12 cm³/(cm²·diena·atm) (2–5 kartus geresnis nei standartinio poliuretano)
• Temperatūros diapazonas: nuo -40 °C iki +150 °C
• Puikus atsparumas alyvai ir degalams
• Geros mechaninės savybės ir atsparumas dilimui
• Kainos priedas: 1,8–2,2 karto didesnis nei standartinių plombų

Daugumai pramoninių pneumatinės įrangos, veikiančios 8–12 bar slėgiu, HNBR užtikrina geriausią bendrą vertę. Mes standartizavome HNBR mūsų Bepto aukšto slėgio cilindrų serijai, nes jis užtikrina matomą oro suvartojimo sumažėjimą (paprastai 8–15%) už priimtiną kainą, kuri atsipirks per 12–24 mėnesius daugumai taikymų.

Pagal taikymą parengtas medžiagų pasirinkimo vadovas

Štai kaip mes padedame „Bepto“ klientams pasirinkti medžiagas:

Standartinė pramoninė pneumatika (6–10 bar, aplinkos temperatūra):

• Pirmasis pasirinkimas: Poliuretanas (AU) – geros visapusiškos savybės
• Atnaujinimo galimybė: HNBR – sumažintas oro suvartojimas
• Premium variantas: Užpildytas PTFE – kritinėms taikymoms

Aukšto slėgio sistemos (10–16 bar):

• Minimalus: HNBR – būtinas pralaidumo kontrolei
• Pageidaujamas: Užpildytas PTFE – optimalus slėgiui išlaikyti
• Venkite: Standartinis NBR arba poliuretanas (per didelis pralaidumas)

Ilgalaikis slėgio išlaikymas (>8 valandos tarp ciklų):

• Reikalaujama: PTFE arba Viton – sumažina slėgio nuostolius per naktį
• Priimtina: HNBR su padidinto dydžio sandarikliais – didesnis storis sumažina pralaidumą
• Nepriimtinas: NBR – per naktį praras 20–40% slėgį

Specialiųjų dujų taikymas (azotas, helis, vandenilis):

• Reikalaujama: PTFE – vienintelė medžiaga, kurios pralaidumas mažoms molekulėms yra priimtinas
• Alternatyva: Vitonas azotui (priimtinas, bet ne optimalus)
• Venkite: Visi standartiniai elastomerai (nepriimtini pralaidumo rodikliai)

Ekonominis mažos pralaidumo medžiagų pateisinimas

Sprendimas atnaujinti sandariklių medžiagas turėtų būti grindžiamas bendromis nuosavybės išlaidomis, o ne tik pradine kaina. Štai realus skaičiavimas, kurį atlikau vienam klientui:

Sistema: 50 cilindrai, 63 mm skersmuo, 8 bar darbinis slėgis, veikia 24 val. per parą, 7 dienas per savaitę
Suspausto oro kaina: $0,03/m³ (įskaitant energijos, priežiūros, sistemos išlaidas)

Standartiniai poliuretano sandarikliai (20 cm³/(cm²·diena·atm)):

• Prasiskverbimas per cilindrą: ~120 cm³/dieną = 44 litrai/metus
• Bendra sistema: 2200 litrų per metus = $66 per metus
• Sandariklio kaina: $8/cilindras = iš viso $400

HNBR sandarikliai (8 cm³/(cm²·diena·atm)):

• Pralaidumas vienam cilindrui: ~48 cm³/dieną = 17,5 litrai/metus
• Bendra sistema: 875 litrai/metai = $26/metai
• Sąnaudos už sandariklį: $15/cilindras = iš viso $750
• Metinės santaupos: $40/metai, atsipirkimas: 8,75 metų (ribinis atvejis)

PTFE sandarikliai (1,5 cm³/(cm²·diena·atm)):

• Prasiskverbimas per cilindrą: ~9 cm³/dieną = 3,3 litrai/metus
• Bendra sistema: 165 litrai per metus = $5 per metus
• Plombos kaina: $32/cilindras = $1,600 iš viso
• Metinės santaupos: $61/metai, atsipirkimas: 19,7 metų (šiuo atveju nepagrįsta)

Ši analizė rodo, kad HNBR gali būti ne itin tinkamas šiai paskirčiai, o PTFE nėra ekonomiškai pagrįstas. Tačiau jei suslėgto oro sąnaudos yra didesnės (kai kuriose įmonėse $0,05/m³) arba slėgis yra didesnis (12 barų vietoj 8), ekonominiai rodikliai smarkiai pasikeičia mažos pralaidumo medžiagų naudai.

Neseniai padėjau Marijai, maisto perdirbimo gamyklos Teksase techninės priežiūros vadovei, atlikti šią analizę jos 200 cilindrų sistemai, veikiančiai 12 bar slėgiu, kai oro sąnaudos buvo $0,048/m³. HNBR atnaujinimas leido jai sutaupyti $4 800 per metus, o investicijos atsipirkimas truko 6 mėnesius – tai akivaizdus laimėjimas, kuris taip pat sumažino kompresoriaus veikimo laiką ir pratęsė jo tarnavimo laiką. 📈

Bandymo ir tikrinimo metodai

Nurodydami mažos pralaidumo sandariklius, reikalaukite patikrinimo duomenų. „Bepto“ teikia pralaidumo bandymų sertifikatus kritinėms taikymoms, naudojant standartizuotus ASTM D1434⁵ bandymo metodai. Bandymas matuoja dujų pralaidumą per sandarinimo medžiagos mėginį kontroliuojant slėgį, temperatūrą ir drėgmę.

Nurodyti pagrindiniai bandymo parametrai:

• Bandomojo dujų mišinys (oras, azotas arba tam tikros dujos)
• Bandymo slėgis (turėtų atitikti jūsų darbinį slėgį)
• Bandymo temperatūra (turėtų atitikti jūsų darbo diapazoną)
• Pavyzdžio storis (turėtų atitikti faktinius sandariklio matmenis)

Nepasikliaukite bendrais medžiagų duomenų lapais – faktiniai pralaidumo rodikliai gali skirtis 20–40% tarp skirtingų “tos pačios” medžiagos formulių, pagamintų skirtingų tiekėjų. Patikrinti bandymų duomenys užtikrina, kad gausite tai, už ką mokate.

Išvada

Dujų prasiskverbimas per sandarinimo medžiagas yra nematomas, bet reikšmingas suslėgto oro nuostolių, energijos suvartojimo ir eksploatavimo išlaidų šaltinis pneumatinėse sistemose. Supratimas apie prasiskverbimo mechanizmus, medžiagų savybių skirtumus ir konkrečius taikymo reikalavimus leidžia pasirinkti tinkamas medžiagas, kurios gali sumažinti oro nuostolius 60–80% ir užtikrinti matomą investicijų grąžą dėl sumažinto kompresoriaus energijos suvartojimo ir pagerinto sistemos efektyvumo. ’Bepto“ projektuojame strypų neturinčius cilindrus su pralaidumui optimizuotomis sandarinimo medžiagomis, nes žinome, kad ilgalaikės eksploatacijos išlaidos gerokai viršija pradinę pirkimo kainą, o mūsų klientų pelningumas priklauso nuo sistemų, kurios metai iš metų užtikrina efektyvų ir patikimą veikimą. 🌟

Dažnai užduodami klausimai apie dujų prasiskverbimą į pneumatinės sandariklius

1. Išmokite pagrindinius matematinius principus, reglamentuojančius dujų difuziją per kietas medžiagas. ↩

2. Sužinokite apie technologiją, naudojamą identifikuoti aukšto dažnio garso bangas, kurias sukelia iš slėginių sistemų išsiskiriantis oras. ↩

3. Suprasti mokslinę formulę, naudojamą temperatūros poveikiui cheminių ir fizinių reakcijų greičiui apskaičiuoti. ↩

4. Sužinokite, kaip nuolatinė deformacija veikia sandariklio efektyvumą ir dujų barjero savybes laikui bėgant. ↩

5. Peržiūrėkite tarptautinį standartinį bandymo metodą, naudojamą plastiko plėvelių ir lakštų dujų pralaidumo koeficientui nustatyti. ↩