Introdução às vedações labiais de PTFE para aplicações rotativas

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Encontrar vedações eficazes para superfícies dinâmicas tem sido um grande desafio há décadas e até séculos, e tornou-se cada vez mais desafiador desde o advento e desenvolvimento de automóveis, aeronaves e máquinas sofisticadas.
Hoje, termoplásticos como vedações labiais de politetrafluoretileno (PTFE) (também conhecidas como vedações de eixo rotativo) são cada vez mais usados.
Neste artigo, examinaremos mais de perto a vida útil de uma vedação rotativa de PTFE de alto desempenho e sua evolução ao longo do tempo.
Todo “super-herói” tem uma história de origem.O mesmo se aplica às vedações labiais de PTFE.Os primeiros pioneiros usaram corda, couro cru ou cintos grossos como alguns dos primeiros selos ou elementos de vedação nos eixos das rodas.No entanto, essas vedações estão sujeitas a vazamentos e requerem manutenção regular.Muitas das atuais empresas de selos elastoméricos já foram curtumes.
No final da década de 1920, as primeiras vedações radiais foram feitas de caixas de couro e metal com fechos.No final da década de 1940, o couro começou a ser substituído pela borracha sintética.Após 40 anos, muitos fabricantes estão começando a repensar todo o seu sistema de vedação, muitas vezes integrando a superfície de vedação no conjunto de vedação e usando múltiplos lábios com pontos de contato verticais e horizontais.
O fluorocarbono é um desses fabricantes.Em 1982, a Fluorocarbon adquiriu a SealComp, então uma pequena empresa familiar de fabricação de vedações labiais com sede em Michigan.Após a aquisição, a Fluorocarbon Company transferiu a SealComp para uma fábrica na Carolina do Sul para produzir vedações metálicas para as indústrias nuclear e petroquímica.
Este novo negócio de vedações labiais é especializado em bombas e motores hidráulicos de alta pressão, alternadores militares e outros produtos comerciais, incluindo vedações de virabrequim de caminhões a diesel e termostatos.
Em meados da década de 1990, a The Fluorocarbon Company mudou seu nome para Furon e foi adquirida pela BD SEALS Solutions™ em 2001. Isso acrescenta a Furon ao já forte negócio de vedações de mola da BD SEALS Solutions™, fundado em 1955.
Em 1995, uma fita elastomérica foi adicionada ao diâmetro externo da vedação labial BD SEALS Solutions™.Isto é feito para eliminar a pressão metal-metal e garantir uma vedação hermética entre a vedação e a vedação do corpo do cliente.Recursos adicionais foram adicionados posteriormente para remoção de vedação e paradas ativas para detectar a vedação e evitar instalação incorreta.
Existem muitas semelhanças, mas também muitas diferenças, entre as vedações de lábio de borracha elastomérica e as vedações de lábio de PTFE BD SEALS.
Estruturalmente, ambas as vedações são muito semelhantes, pois utilizam um corpo de metal pressionado em uma vedação de corpo estacionário e um material de lábio resistente ao desgaste que roça contra um eixo giratório.Eles também usam a mesma quantidade de espaço quando em uso.
As vedações de lábio elastoméricas são as vedações de eixo mais comuns no mercado e são moldadas diretamente em uma carcaça de metal para fornecer a rigidez necessária.A maioria das vedações de borracha elastomérica usam uma mola de extensão como mecanismo de carregamento para garantir uma vedação hermética.Normalmente a mola está localizada logo acima do ponto de contato entre a vedação e o eixo, proporcionando a força necessária para quebrar a película de óleo.
Na maioria dos casos, as vedações de lábio de PTFE não utilizam uma mola de extensão para vedar.Em vez disso, essas vedações respondem a qualquer carga aplicada ao estiramento do lábio de vedação e ao raio de curvatura criado pelo corpo metálico.As vedações de lábio de PTFE usam um padrão de contato mais amplo entre o lábio e o eixo do que as vedações de lábio de elastômero.As vedações labiais de PTFE também possuem uma carga específica mais baixa, mas possuem uma área de contato mais ampla.Seu projeto teve como objetivo reduzir as taxas de desgaste e foram feitas alterações para reduzir a carga unitária, também conhecida como PV.
Uma aplicação especial das vedações labiais de PTFE é a vedação de eixos rotativos, especialmente eixos girando em altas velocidades.Quando as condições são desafiadoras e estão além de suas capacidades, elas são uma excelente alternativa às vedações de lábio de borracha elastomérica.
Essencialmente, as vedações labiais de PTFE são projetadas para preencher a lacuna entre as vedações labiais elastoméricas tradicionais e as vedações faciais mecânicas de carbono.Eles podem operar em pressões e velocidades mais altas do que a maioria das vedações de lábio elastomérico, o que os torna uma excelente alternativa.
Seu desempenho não é afetado negativamente por ambientes agressivos com temperaturas extremas, meios corrosivos, altas velocidades superficiais, altas pressões ou falta de lubrificação.Um excelente exemplo das capacidades superiores do PTFE são os compressores de ar industriais, classificados para operar mais de 40.000 horas sem manutenção.
Existem alguns equívocos em relação à produção de vedações labiais de PTFE.As vedações de borracha elastomérica pressionam a borracha diretamente contra o invólucro de metal.O corpo metálico proporciona a rigidez necessária e o elastômero assume a parte funcional da vedação.
Por outro lado, as vedações labiais de PTFE não podem ser fundidas diretamente em um invólucro metálico.O material PTFE não entra no estado líquido ou em um estado que permite o fluxo do material;Portanto, as vedações labiais de PTFE são feitas usinando a vedação, depois montando-a em um invólucro de metal e, em seguida, fixando-a mecanicamente.
Ao selecionar uma solução de vedação de precisão para aplicações rotativas, fatores importantes, incluindo velocidade do eixo, velocidade superficial, temperatura operacional, meio de vedação e pressão do sistema devem ser cuidadosamente considerados.Existem muitas outras condições operacionais a serem consideradas ao tomar sua decisão, mas as listadas acima são as principais.
Com os direitos vem uma grande responsabilidade.Com o tempo, o foco da BD SEALS Solutions™ mudou para aplicações que exigem vedações de lábios de PTFE mais exigentes.Um dos principais benefícios do selo é a sua capacidade de funcionar em ambientes desafiadores em aplicações industriais, automotivas e aeroespaciais.
Eles podem operar em pressões e velocidades mais altas em eixos rotativos do que as vedações de lábio elastomérico, e os benefícios não param por aí.Outros benefícios das vedações labiais de PTFE incluem:
BD SEALS Solutions™ Duas vedações de lábio comuns são as vedações de lábio giratório com corpo metálico de PTFE BD SEALS e as vedações de polímero DynaLip, ambas intercambiáveis.A principal diferença entre eles é o design.As vedações da carcaça metálica usam chapa metálica para formar uma carcaça vedada e, em seguida, instalam um lábio de vedação para fixar mecanicamente a vedação.
Inventadas no início da década de 1970, as vedações de lábio BD SEALS são projetadas para funcionar em ambientes severos que variam de -53°C a 232°C, ambientes químicos agressivos e ambientes secos e abrasivos.As vedações rotativas dinâmicas de PTFE são usadas nas seguintes aplicações:
As vedações DynaLip são anteriores às vedações rotativas BD SEALS em cerca de dez anos.Sua criação tornou-se necessária quando a BD SEALS Solutions™ começou a trabalhar na mistura e composição de materiais explosivos para aplicações militares.As vedações de lábio com invólucro metálico são consideradas totalmente inadequadas para esse fim devido à possibilidade de entrarem em contato com o eixo giratório do explosivo misto.É por isso que os engenheiros de projeto da BD SEALS Solutions™ desenvolveram uma vedação labial sem metal, mantendo seus principais benefícios.
Ao usar vedações DynaLip, a necessidade de peças metálicas é completamente eliminada porque toda a vedação é feita do mesmo material polimérico.Na maioria dos casos, um elastômeroAnel-Oé usado entre o diâmetro externo da vedação e o furo correspondente da caixa.Os anéis de vedação fornecem uma vedação estática hermética e evitam a rotação.Por outro lado, as vedações labiais BD SEALS podem ser feitas de mais de três materiais diferentes e são encerradas em um invólucro de metal.
Hoje, a vedação DynaLip original gerou muitas versões diferentes que também são ideais para instalação em campo, pois não requerem ferramentas especiais para instalação e também são adequadas para aplicações que exigem a remoção da vedação para limpeza.Devido ao seu design simples, essas vedações costumam ser mais econômicas.
Como as vedações labiais BD SEAL PTFE, vedações de polímero DynaLip e outras vedações labiais da bd seals Solutions™ mudam nossa vida diária?
As vedações labiais de PTFE proporcionam propriedades de vedação superiores e baixo atrito em ambientes secos ou abrasivos.Eles são frequentemente usados ​​em aplicações complexas onde a velocidade é necessária.
O mercado de compressores de ar é um bom exemplo de como as vedações labiais de PTFE estão substituindo as vedações mecânicas de elastômero e de carbono.A BD SEALS Solutions™ começou a trabalhar com a maioria das grandes empresas de compressores de ar em meados da década de 1980, substituindo vedações labiais de borracha e vedações faciais de carbono propensas a vazamentos.
O projeto original foi baseado em uma vedação de lábio de alta pressão tradicional, mas com o tempo, à medida que a demanda aumentava e era necessário um desempenho mais alto, a vedação foi projetada para ter vazamento zero e vida útil prolongada.
A nova tecnologia foi desenvolvida para mais do que duplicar a vida útil da vedação, mantendo sempre um controle rígido de vazamentos.Como resultado, as vedações de lábio PTFE Omniseal Solutions™ são consideradas o padrão da indústria, proporcionando mais de 40.000 horas de serviço livre de manutenção.
As vedações labiais de PTFE fornecem controle superior de vazamento e são capazes de operar de 1.000 a 6.000 rpm com uma variedade de lubrificantes e por longos períodos de tempo (15.000 horas), reduzindo as reclamações de garantia.A bd seals Solutions™ oferece vedações de eixo para a indústria de compressão de parafusos com diâmetros que variam de 13 a 150 mm (0,500 a 6.000 polegadas).
Os misturadores são outra área da indústria onde a personalização de vedações é generalizada.Os clientes da BD SEALS Solutions™ neste setor exigem vedações que possam lidar com deflexão e desvio do eixo de até 0,300 pol. (7,62 mm), o que representa uma quantidade significativa de desvio dinâmico do eixo.Para resolver esse problema e melhorar a velocidade operacional, a BD SEALS Solutions™ oferece um projeto de vedação de lábio flutuante patenteado.
As vedações labiais bd seals são fáceis de instalar, atendem aos rigorosos requisitos de vazamento da EPA e são compatíveis com óleo e líquido refrigerante para uso em espaços confinados durante toda a vida útil da bomba.
Além disso, as vedações de lábio Solutions™ são projetadas para condições de vedação dinâmicas, velocidades extremas, problemas de pressão e temperatura e muitas outras aplicações.
Seus selos também são usados ​​em equipamentos que exigem materiais aprovados pela FDA para uso em máquinas como:
Todas essas aplicações exigem resistência ao atrito da vedação muito baixa para reduzir a temperatura.Além de atender aos padrões da FDA, as vedações devem estar livres de cavidades que possam causar obstrução do material a ser vedado e devem ser compatíveis com ácidos, álcalis e agentes de limpeza.Eles também devem resistir à lavagem de alta pressão e passar no teste IP69K.
As vedações labiais bd seals Solutions™ são usadas em unidades de energia auxiliares (APU), motores de turbina a gás, motores de partida, alternadores e geradores, bombas de combustível, turbinas de pressão (RAT) e atuadores de flap, um dos maiores mercados.
A APU foi ativada no voo 1549 da US Airways (“Miracle on the Hudson”) para fornecer energia à aeronave para um pouso seguro.As vedações de lábio e mola BD SEALS Solutions™ são instaladas no sistema central desta aeronave, que é considerado crítico para o voo e deve estar 100% operacional no momento da implantação.
Há muitas razões pelas quais os fabricantes aeroespaciais confiam nessas vedações labiais.As vedações de lábio BD SEALS especialmente projetadas proporcionam uma vedação mais estanque e melhor desempenho do que as vedações elastoméricas comparáveis.Eles também exigem menos espaço do que os selos mecânicos de carbono nos eixos das turbinas e nas caixas de engrenagens externas.
Eles podem suportar temperaturas de -65°F a 350°F (-53°C a 177°C) e pressões de até 25 psi (0 a 1,7 bar), com velocidades de superfície típicas de 2.000 a 4.000 pés por minuto (10 a 1,7 bar). 20m/s).Algumas soluções da BD Seals Solutions™ nesta área podem operar a velocidades superiores a 20.000 pés por minuto, o que equivale a 102 metros por segundo.
Outro mercado importante é o de vedações de motores de aeronaves, onde as vedações labiais são usadas em vedações de transmissão externa por grandes fabricantes de motores de aeronaves.As vedações labiais bd seals Solutions™ também são usadas em motores a jato turbofan com engrenagens.Este tipo de motor é equipado com um sistema de engrenagens que separa o ventilador do motor do compressor de baixa pressão e da turbina, permitindo que cada módulo opere na velocidade ideal.
Assim, eles podem proporcionar maior eficiência.Um avião comercial típico queima cerca de meio galão de combustível por milha, e espera-se que motores mais eficientes economizem em média US$ 1,7 milhão em custos operacionais por avião por ano.
Além de apoiar as indústrias comerciais, as vedações labiais de PTFE também são utilizadas nas forças armadas, especialmente pelo Departamento de Defesa.Isto inclui o uso em aviões de combate, porta-aviões e helicópteros.
As vedações labiais de PTFE são amplamente utilizadas em aeronaves militares;Por exemplo, em ventiladores de elevação verticais, as vedações do motor da caixa de engrenagens do helicóptero e suas vedações acionadas por mola também são usadas nas peças de vedação da cabeça do rotor, flaps e ripas, e equipamentos-chave no sistema de freio usado para travar uma aeronave.Aterrissou no convés.É importante garantir que o equipamento utilizado para estes fins não apresente mau funcionamento.
As vedações labiais BD SEALS Solutions™ são adequadas para algumas das aplicações mais desafiadoras, como virabrequins, distribuidores, bombas de combustível e vedações de cames encontradas na indústria de corridas, onde naturalmente os motores são frequentemente levados ao seu limite.
A maioria das equipes NASCAR e motores de Indianápolis Motorsports usam vedações labiais BD SEALS Solutions™.Quase todos os classificados e finalistas em Indianápolis em 2019 usaram vedações labiais pelo menos nos virabrequins dianteiro e traseiro.A bd seals Solutions™ também apresenta um design patenteado criado especificamente para NASCAR para eliminar problemas comuns que causam falha na vedação dividida de PTFE.
Quando o retentor de óleo do virabrequim do acelerador do motor queimou em altas velocidades e alta pressão durante uma corrida recente no Daytona Superspeedway, um fabricante líder de motores NASCAR recorreu aos retentores labiais bd seals Solutions™.O resultado foi uma vitória para todos: Brad Keselowski e o número 2 da Penske Ford venceram a corrida usando os selos labiais bd seals Solutions™.Para melhorar ainda mais este evento de sucesso, quatro dos cinco primeiros colocados conduziram carros equipados com motores de fabricantes líderes que também beneficiaram destes vedantes labiais.
Outra aplicação de corrida para vedações labiais BD SEALS Solutions™ é em injetores de combustível suspensos.Esses motores estão sujeitos a condições extremas onde todos os componentes dobram, balançam e torcem, causando contato entre as peças que normalmente não deveria ocorrer.Portanto, a vida útil média de um injetor de combustível suspenso é inferior a cinco minutos quando usado em velocidades de corrida.