Az adagolószivattyú-típusok összehasonlítása a kopás alapján

A tőmítőanyagokban, pasztákban, ragasztókban használt töltőanyagok koptatóképessége magas követelményeket támaszt az adagoló alkatrészekre a kopásállóság tekintetében

2021. június 18., péntek, 06:00

Címkék: adagolás adagolástechnika adagolórendszer kopás kopásállóság szivattyú ViscoTec

Milyen adagolószivattyúra van szükség, ha nagy viszkozitású és koptató, a nyíróerőre érzékeny közegek feldolgozása a feladat magas folyamatbiztonság mellett, és a szivattyúnak ezen közegek áramlási tulajdonságainak megváltozását is el kell viselnie? A megoldás: a pozitív elmozdulás elvének megfelelő adagolószivattyúra. Az excentrikus csigaszivattyú (röviden PCP) jól ismert példa az ilyen típusú szivattyúra. A PCP a közeg pontos szivattyúzását alacsony kopás- és súrlódásszinttel ötvözi, ami hosszú élettartamot és megnövelt energiahatékonyságot eredményez.

Bevezetés

Az elektronikai iparban alapvetően három különböző adagolási alkalmazás létezik: töltött szilikonokkal vagy polimerekkel végzett tömítés, nagyon magas töltőanyag-tartalmú paszták alkalmazása, illetve ragasztók használata az alkatrészek összeillesztésére. Az ezekben az alkalmazásokban használt folyadékok nagy része tartalmaz töltőanyagokat, amik befolyásolják a közeg sajátos tulajdonságait. Hatással lehetnek többek között a hővezető képességre, a felületi keménységre, az elektromos szigetelőképességre, az UV-állóságra, a kikeményedési vagy gélidőre, illetve a tixotropiára. Ezen töltőanyagok koptatóképessége magas követelményeket támaszt az adagoló alkatrészekre a kopásállóság tekintetében.

Számos különböző típusú szivattyú honosodott meg a piacon:

  • Perisztaltikus szivattyú
  • Dugattyús szivattyú
  • Fogaskerekes szivattyú
  • Excentrikus csigaszivattyú

A fenti szivattyúk mindegyike a pozitív elmozdulás elvének megfelelően működik (folyamatos vagy szakaszos). Az adagolóalkalmazáshoz szükséges szivattyú kiválasztását meghatározó tényezők magukban foglalják a folyadék viszkozitását, kémiai ellenállását és koptatóképességét, valamint az időegységenként alkalmazandó mennyiséget és a szükséges adagolási pontosságot.

Az 1. ábrán a kopás és a súrlódás hatásainak egyszerűsített ábrázolását mutatjuk be a tribológiai szempontok alapján. A pozitív elmozdulás elvének megfelelő tribológiai rendszert leginkább úgy lehet ábrázolni, mint egy oldalirányú kopásrendszert, amelyben a részecskéket a rotor/dugattyú/fogaskerék relatív mozgása szállítja.

1. ábra Tribológiai csúszó/kopó rendszer

Az elasztomerek és műanyagok tribológiája

Az elasztomerek és műanyagok tribológiai rendszere a relatív mozgásban lévő felületek és a környezet kölcsönhatásának kombinációjával írható le. Ez az interakció mechanikai, fizikai, kémiai, termokémiai és tribokémiai reakciókat foglal magában. A nagyon rugalmas ViscoTec elasztomereket erre a célra optimalizálták. Tulajdonságaik (pl. kiváló kopásállóság és kémiai ellenálló képesség) messze felülmúlják a többi polimert.

A fent felsorolt ​​szivattyúk és adagolórendszerek elméletileg háromféle kopást okozhatnak. A teljesség kedvéért az alábbiakban az eróziós kopást is részletezzük:

  • Csiszoló kopás
  • Tapadó kopás
  • Tribokémiai kopás
  • Eróziós kopás

A kopás elsődleges típusa a csiszoló kopás, ami a fő tényezőnek számít az elasztomer és műanyag alkatrészek élettartamának meghatározásában. A csiszoló kopás mikrotöréssel és az érintkezési felület lágyulásával járó kopást okoz. A kopásmechanizmust számos tényező befolyásolja, ideértve a súrlódási együtthatókat, a nyomást, a felületi jellemzőket, a csúszási sebességet, a hőmérsékletet, a rugalmassági modult és a fáradási ellenállást.

A tapadó kopás az a fajta kopás, amely egy felület (elasztomer, műanyag) és egy sima súrlódó objektum (például fém) között lép fel. Ha a csúszási sebesség viszonylag alacsony, az elasztomer vagy a műanyag felülete deformálódást (tapadó súrlódást) szenved. Tapadó kopás jelentkezik, ha a kenés elégtelen, amit szintén a közeg okoz.

A tribokémiai kopás olyan típusú kopás, amit a közeg az érintett felület (elasztomer, műanyag) súrlódás vagy kémiai reakció miatti aktiválása következtében okoz. A „réteg kopása” általában kémiai reakcióval kezdődik. A tribokémiai reakciók ahelyett, hogy az érintett alkatrészek hirtelen meghibásodásához vezetnének, fokozatosan gyengítik a műanyagokat és az elasztomereket.

Az eróziós kopás olyan típusú kopás, amely anyageróziót eredményez a részecskéknek a tárgy felületére gyakorolt ​​hatása miatt. Ha a részecskék folyadékban mozognak, akkor ezt a fajta kopást hidroeróziós kopásnak nevezik. Ez utóbbi elsősorban nagy áramlási sebességnél fordul elő.

A térfogat-kiszorítás elvén működő szivattyútípusok összehasonlítása

Az adagolórendszerek előnyeit és hátrányait a közeg (viszkozitás, kopásállóság, kémiai ellenállás) és a folyamat (szállítási sebesség, pontosság, ciklusidő) paraméterei határozzák meg. Az 1. táblázat a kiválasztott tulajdonságok alapján hasonlítja össze a pozitív térfogat-kiszorításos szivattyútípusokat.

A perisztaltikus szivattyúk alacsony és közepes viszkozitású közegekhez alkalmasak. Az erős pulzáció kiváltására tervezett szivattyúk alkalmazási területe korlátozott. A perisztaltikus szivattyúk funkcionalitását nagyban meghatározza a felhasznált csőanyag és a falak vastagsága. Az abrazív hatású alkotóelemek és a kémiai komponensek jelentősen befolyásolják a cső hajlítószilárdságának ciklusszámát. Ezt az alsó árfekvésű szivattyútechnológiát néha koptató folyadékokkal együtt alkalmazzák.

1. táblázat A pozitív térfogat-kiszorításos szivattyútípusok összehasonlítása

A fogaskerekes szivattyúk olyan alkalmazásokban használhatók, ahol egyenletes adagolásra van szükség. Alacsony viszkozitás esetén a szivattyú hajlamos a szivárgásra és a szabálytalan térfogatáramra, ha ellennyomás lép fel. A közepes és magas töltőanyag-tartalmú közegek nagy nyíróerőt fejtenek ki a fogaskerekek érintkezési felületén, ami magas kopást eredményez. Ezért elkerülhetetlen a töltőanyagok (például üreges üveggömbök az áramlás javítása érdekében) összezúzása és megsemmisülése.

A dugattyús szivattyúk előnyei abban rejlenek, hogy gyakorlatilag minden közegben magas adagolási sebességet képesek biztosítani – az alacsonytól a magas viszkozitásig. Masszív kopásálló kialakításuknak köszönhetően nagy nyomás hozható létre. A dugattyú feltöltési ideje meghatározza az adagolás ciklusidejét. A végtelen adagolás ezzel szemben csak korlátozások mellett és megfelelő méretű dugattyúval lehetséges. A koptató közeg ennél a típusnál is a dugattyú és a dugattyú falai közötti érintkezési felületen okoz csiszoló vagy tribomechanikai kopást. Ez a jelenség különösen a be- és kimeneti szelepek szelepüléseire van hatással.

Az excentrikus csigaszivattyúkat alacsony vagy magas viszkozitású, illetve pasztaszerű közegek adagolására tervezték. A különféle, a térfogat-kiszorítás elvén működő szivattyútípusokkal összehasonlítva azonban az excentrikus csigaszivattyú koptató közegek adagolására is ideális. A végtelen dugattyús adagoló elv révén létrejövő egyenletes térfogatáram megakadályozza a töltőanyagok változó sűrűségű ülepedését. A dugattyús és a fogaskerekes szivattyúkhoz képest viszonylag alacsony 40 bar nyomás és a speciálisan kialakított rotor-állórész geometria csökkenti a kopást, mivel az áramlásban nagyon kevés nyíróerő lép fel, alacsony vagy nulla pulzációs szint keletkezik, és nincs visszaáramlás az egyes kamrákban. Ennek eredményeként minimálisra csökken a csiszoló és tapadó kopás. A ViscoTec az állórész tribokémiai reakcióit olyan elasztomer vegyületekkel képes ellensúlyozni, amelyeket házon belül fejlesztettek ki kémiailag agresszív közegek számára. Egy speciális rotorlánccal együtt a precíziós gyártású rotor-állórész kombináció optimalizálja a körfordulatot, ami pontos adagolási eredményekhez vezet.

A különféle szivattyútípusok jellegzetes kopása

2. ábra Egy elasztomer tribokémiai reakciója

3. ábra Az állórész-elasztomer hullámszerű (műanyag) alakváltozása (túl nagy a nyomás)

4. ábra Műanyag csiszoló kopása szakadással

5. ábra A csőfelület belsejének tapadó kopása

6. ábra Csiszoló kopás a fogaskerekes szivattyú fogaskerekén

Összefoglalás

Helytelen megközelítés lenne az adagolószivattyúkat „jónak” vagy „rossznak” minősíteni. Sokkal fontosabb, hogy az adagolórendszert az adagolási követelmények alapján válasszuk ki. A gyors, ciklikus vagy folyamatos működés ugyanúgy hatással van az adagolókomponensek élettartamára, mint az alacsony vagy nagy viszkozitású, érzékeny szerkezetű és nagy töltőanyag-tartalmú közegek. Az olyan tribológiai veszteségértékek, mint a súrlódási erő, a szivárgások, a kopás, az öregedés és az érintkezési geometria, az alkalmazott közegtől függően befolyásolják az adagolószivattyúk alkalmasságát a speciális alkalmazásokhoz.

Ezzel szemben a kémiai reakciók a szivattyú kopási mechanizmusait (plasztikus alakváltozás, kopás, tapadó súrlódás és törésmechanika) befolyásolják. Az adagoló alkatrészeket gyakran csak úgy lehet koptató vagy kémiailag agresszív közegekre optimalizálni, ha előzetes teszteket (beleértve a meghatározott minősítési teszteket is) hajtanak végre. Végezetül pedig az ár is tényező az adott szivattyú kiválasztásában. A ViscoTec folyamatosan fejleszti és optimalizálja adagolószivattyúit annak érdekében, hogy azok megfeleljenek a növekvő számú és változó anyagok által keltett igényeknek. Fejlesztési munkánk nagy része az anyagkutatás területén zajlik, amelynek középpontjában a vegyi anyagokkal szembeni ellenálló képesség, a kopásállóság, valamint a funkcionalitás áll.

www.viscotec.de

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek