Vandens patekimas į vidų sukelia 85% elektros sistemų gedimų lauko sąlygomis, tačiau dauguma inžinierių nesupranta pagrindinių fizikinių sandarinimo gedimo mechanizmų. Kai sandarikliai sugenda, vanduo mikroskopiniais takeliais patenka į elektros korpusus ir sukelia trumpąjį jungimą, koroziją ir katastrofiškus įrangos pažeidimus, kurie gali kainuoti tūkstančius eurų remontui ir prastovoms. Norint išvengti vandens prasiskverbimo, reikia suprasti kapiliarinį poveikį, slėgio skirtumus, šiluminio ciklo poveikį ir medžiagų irimo mechanizmus, kurie pažeidžia sandarumo vientisumą, tada reikia tinkamai parinkti sandariklius, įdiegti tinkamus montavimo būdus, suspaudimo koeficientus ir priežiūros protokolus, kad būtų išlaikytas ilgalaikis IP reitingas. Per dešimtmetį, kai "Bepto" sprendė vandens prasiskverbimo problemas, supratau, kad sėkmingas sandarinimas - tai ne tik tinkamų medžiagų parinkimas, bet ir vandens judėjimo fizikos supratimas bei sistemų, kurios veikia kartu su gamtos jėgomis, o ne prieš jas, projektavimas.
Turinys
- Kokios pagrindinės vandens patekimo į vidų fizikinės priežastys?
- Kaip skirtingos sandarinimo medžiagos sugenda veikiant vandens slėgiui?
- Kokie aplinkos veiksniai pagreitina sandariklio irimą?
- Kaip suprojektuoti sistemas, kad būtų išvengta vandens patekimo į vidų?
- Kokia yra geriausia sandariklių įrengimo ir priežiūros praktika?
- DUK apie vandens patekimo į patalpas prevenciją
Kokios pagrindinės vandens patekimo į vidų fizikinės priežastys?
Norint suprasti vandens prasiskverbimą, reikia išmanyti pagrindinius fizikinius principus, kurie lemia vandens skverbimąsi į sandarias sistemas. Vanduo patenka per kapiliarinis poveikis1 mikroskopiniuose tarpeliuose, slėgio veikiamas srautas per sandarinimo netobulumus, osmosinis slėgis dėl koncentracijos gradiento, šiluminis plėtimasis, sukuriantis laikinus tarpelius, ir molekulinė difuzija per pralaidžias medžiagas.
Kapiliarinis poveikis ir paviršiaus įtempimas
Mikroskopiniai keliai: Vandens molekulės natūraliai teka į mažus tarpus dėl kapiliarinio poveikio, kai paviršiaus įtempimo jėgos įtraukia vandenį į mažesnius nei matomi plyšiai tarpus.
Kontaktinio kampo poveikis: Hidrofiliniai paviršiai (mažas kontaktinis kampas) skatina vandens drėkinimą ir skverbimąsi, o hidrofobiniai paviršiai (didelis kontaktinis kampas) priešinasi vandens patekimui.
Tarpų dydžio santykiai: Kapiliarinio pakilimo aukštis atvirkščiai proporcingas tarpo pločiui - dėl stipresnio paviršiaus įtempimo poveikio mažesni tarpai iš tikrųjų pritraukia vandenį aukščiau.
Prevencijos strategijos: Naudokite hidrofobines sandarinimo medžiagas, pašalinkite mikroskopinius tarpus tinkamai suspausdami ir suprojektuokite drenažo kelius bet kokiam prasiskverbusiam vandeniui.
Slėgio valdomi srauto mechanizmai
Hidrostatinis slėgis: Vandens slėgis didėja tiesiškai didėjant gyliui (0,1 baro vienam metrui), taip sukurdamas varomąją jėgą vandeniui prasiskverbti bet kuriuo galimu keliu.
Dinaminio slėgio poveikis: Judantis vanduo, bangos ar plovimas slėgiu sukuria papildomus slėgio šuolius, kurie gali laikinai įveikti sandariklio pasipriešinimą.
Slėgio skirtumo skaičiavimai: Srauto greitis per tarpus Poiseuille'io dėsnis2 - nedidelis tarpo dydžio padidėjimas sukelia eksponentinį vandens srauto greičio padidėjimą.
Kvėpavimo poveikis: Dėl temperatūros pokyčių susidaro slėgio skirtumai, kurie aušinimo ciklų metu gali įsiurbti vandenį į korpusus.
Hamburge (Vokietija) dirbantis laivų įrangos inžinierius Marcusas nuolat susidurdavo su vandens prasiskverbimo gedimais jūros vėjo turbinų jungiamosiose dėžutėse, nors naudojo IP67 klasės kabelių movas. Problema buvo slėgio cikliškumas, atsirandantis dėl bangų poveikio, dėl kurio susidarydavo 2-3 barų slėgio šuoliai, viršijantys statinio bandymo sąlygas. Išanalizavome fizikines savybes ir rekomendavome mūsų jūrinio nerūdijančio plieno kabelių riebokšlius su dvigubais O žiedo sandarikliais, pritaikytus dinaminio slėgio sąlygoms. Šis sprendimas pašalino vandens patekimo gedimus, užtikrino 36 mėnesių patikimą veikimą Šiaurės jūros sąlygomis ir užkirto kelią 150 000 eurų turbinos prastovos išlaidoms.
Kaip skirtingos sandarinimo medžiagos sugenda veikiant vandens slėgiui?
Sandarinimo medžiagos pasirinkimas turi lemiamos įtakos atsparumui vandens prasiskverbimui, o kiekviena medžiaga turi unikalius gedimo mechanizmus ir apribojimus. Skirtingos sandarinimo medžiagos genda dėl skirtingų mechanizmų: guminės sandarinimo medžiagos suyra dėl ozono ir ultravioletinių spindulių poveikio, silikoninės sandarinimo medžiagos praranda atsparumą suspaudimui, EPDM sandarinimo medžiagos išbrinksta veikiant tam tikroms cheminėms medžiagoms, poliuretaninės sandarinimo medžiagos įtrūksta veikiamos šiluminio ciklo, o metalinės sandarinimo medžiagos koroduoja arba praranda paviršiaus apdailą, todėl medžiagas reikia rinktis atsižvelgiant į konkrečias taikymo sąlygas ir gedimo būdus.
Elastomerinio sandariklio gedimo būdai
Suspaudimo rinkinys3: Nuolatinė deformacija nuolat suspaudžiant ilgainiui sumažina sandarinimo jėgą, todėl susidaro tarpai, pro kuriuos prasiskverbia vanduo.
Cheminis skilimas: Dėl alyvų, tirpiklių ar valymo chemikalų poveikio sandariklis išbrinksta, suminkštėja ar sukietėja, todėl sumažėja sandarinimo efektyvumas.
Temperatūros poveikis: Aukšta temperatūra pagreitina senėjimą, o žema temperatūra sumažina guminių medžiagų lankstumą ir sandarumą.
Ozoninis krekingas: Dėl ozono poveikio lauke atsiranda paviršiaus įtrūkimų, kurie, veikiami įtempių, didėja ir galiausiai pro sandariklį prasiskverbia vanduo.
Medžiagų savybių palyginimai
| Sandariklio medžiaga | Temperatūros diapazonas | Atsparumas cheminėms medžiagoms | Atsparumas UV spinduliams | Suspaudimo rinkinys | Tipinės programos |
|---|---|---|---|---|---|
| NBR (nitrilas) | nuo -40 °C iki +120 °C | Geros alyvos ir (arba) degalai | Prastas | Vidutinio sunkumo | Bendroji paskirtis |
| EPDM | nuo -50 °C iki +150 °C | Puikus vanduo | Puikus | Geras | Lauko/jūrinis |
| Silikonas | nuo -60 °C iki +200 °C | Ribotas cheminių medžiagų kiekis | Geras | Prastas | Aukšta temperatūra |
| Vitonas (FKM) | Nuo -20 °C iki +200 °C | Puikios cheminės medžiagos | Puikus | Puikus | Chemijos ir kosmoso pramonė |
| Poliuretanas | nuo -40 °C iki +80 °C | Geras dilimas | Vidutinio sunkumo | Geras | Dinaminis sandarinimas |
Metalo sandarinimo aspektai
Korozijos mechanizmai: Galvaninė korozija tarp nelygiaverčių metalų sukuria paviršiaus nelygumus, kurie mažina sandarinimo efektyvumą.
Paviršiaus apdailos reikalavimai: Metaliniams sandarikliams reikia tikslios paviršiaus apdailos (paprastai Ra 0,4-0,8 μm), kad būtų užtikrintas veiksmingas sandarinimas be pernelyg didelių suspaudimo jėgų.
Šiluminio plėtimosi atitikimas: Skirtingi sandariklio ir korpuso medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientai gali sukelti spragas, kai keičiasi temperatūra.
Įrengimo jautrumas: Metaliniai sandarikliai yra jautresni montavimo pažeidimams, todėl, norint išlaikyti sandarinimo paviršių, su jais reikia atsargiai elgtis.
Kokie aplinkos veiksniai pagreitina sandariklio irimą?
Aplinkos sąlygos daro didelę įtaką sandarinimo savybėms ir ilgaamžiškumui, todėl į tai reikia atsižvelgti renkantis medžiagas ir projektuojant sistemą. Aplinkos veiksniai, spartinantys sandariklių degradaciją, yra UV spinduliuotė, sukelianti polimerų grandinių skilimą, ozono poveikis, sukeliantis paviršiaus įtrūkimus, terminis ciklas, sukeliantis nuovargio gedimus, cheminių medžiagų poveikis, sukeliantis išbrinkimą arba sukietėjimą, mechaninė vibracija, sukelianti nusidėvėjimo modelius, ir drėgmės svyravimai, darantys įtaką medžiagų savybėms, ir kiekvienam iš jų reikalingos specialios mažinimo strategijos, kad būtų užtikrintas ilgalaikis patikimumas.
UV spindulių ir ozono poveikio poveikis
Polimerų grandinių irimas: UV spinduliuotė suardo gumos medžiagų polimerų grandines, todėl paviršius kreidėja, skilinėja ir praranda elastingumą.
Ozono atakos mechanizmai: Ozonas reaguoja su nesočiosiomis gumos jungtimis, todėl atsiranda paviršiaus įtrūkimų, kurie, veikiami įtempių, plinta ir galiausiai leidžia vandeniui prasiskverbti.
Apsaugos strategijos: Naudokite UV spindulius stabilizuojančias medžiagas, naudokite apsaugines dangas arba suprojektuokite fizinius barjerus, kad apsaugotumėte sandariklius nuo tiesioginių saulės spindulių poveikio.
Medžiagų parinkimas: EPDM ir silikono atsparumas UV spinduliams ir ozonui yra didesnis nei natūralaus kaučiuko ar pagrindinių sintetinių kaučiukų.
Šiluminis ciklinis stresas
Plėtimosi / susitraukimo ciklai: Dėl pasikartojančio šiluminio plėtimosi susidaro mechaninis įtempimas, kuris ilgainiui gali sukelti nuovargio įtrūkimus sandarinimo medžiagose.
Stiklo perėjimo efektai: Dėl žemos temperatūros guminės medžiagos gali tapti trapios ir laikinai prarasti sandarinimo efektyvumą.
Atsparumas terminiam smūgiui: Staigūs temperatūros pokyčiai sukelia didesnį stresą nei laipsniškas temperatūros kitimas.
Dizaino aspektai: Projektuodami sandariklius atsižvelkite į šiluminį judėjimą ir pasirinkite medžiagas, kurių temperatūros rodikliai yra tinkami ekstremalioms temperatūroms.
Poveikis cheminei aplinkai
Patinimas ir suminkštėjimas: Dėl nesuderinamų cheminių medžiagų sandarinimo medžiagos išbrinksta, todėl sumažėja suspaudimo jėga ir atsiranda potencialūs nuotėkio keliai.
Kietėjimas ir įtrūkimai: Dėl kai kurių cheminių medžiagų sandarinimo medžiagos sukietėja ir praranda lankstumą, todėl esant įtempimui atsiranda įtrūkimų.
pH poveikis: Ekstremalios pH sąlygos (labai rūgštinės arba šarminės) ilgainiui gali sukelti cheminį sandarinimo medžiagų irimą.
Valymo priemonių suderinamumas: Pramoniniai valymo chemikalai gali būti ypač agresyvūs sandarinimo medžiagoms, todėl reikia kruopščiai parinkti medžiagas.
Ahmedas, naftos chemijos gamyklos Dubajuje (JAE) įrenginių vadovas, nuolat susidurdavo su kabelių riebokšlių sandarinimo gedimais, kuriuos veikė valymas aukšta temperatūra (85 °C) ir agresyvūs nuriebalinimo chemikalai. Standartiniai EPDM sandarikliai sugedo per 6 mėnesius, todėl per plovimo procedūras į juos patekdavo vandens. Rekomendavome mūsų specializuotus nerūdijančio plieno kabelių riebokšlius su vitono sandarikliais, skirtus cheminio apdorojimo aplinkai. Šis sprendimas užtikrino daugiau kaip 24 mėnesių patikimą veikimą, pašalino gamybos trikdžius ir užtikrino atitiktį maisto saugos reikalavimams, o techninės priežiūros išlaidas sumažino 70%.
Kaip suprojektuoti sistemas, kad būtų išvengta vandens patekimo į vidų?
Norint veiksmingai užkirsti kelią vandens prasiskverbimui, reikia taikyti sisteminius projektavimo metodus, kuriais atsižvelgiama į įvairius gedimo būdus ir aplinkos sąlygas. Vandens patekimo prevencijos sistemos projektavimas apima kelių sandarinimo barjerų įrengimą, tinkamų drenažo kelių projektavimą, suderinamų medžiagų parinkimą, tinkamų suspaudimo koeficientų apskaičiavimą, šiluminio plėtimosi poveikio įvertinimą, techninės priežiūros prieigos užtikrinimą ir stebėsenos sistemų įdiegimą, kad būtų galima nustatyti ankstyvą sandarinimo pablogėjimą prieš įvykstant katastrofiškam gedimui.
Kelių barjerų projektavimo filosofija
Pirminiai ir antriniai sandarikliai: Įdiekite perteklines sandarinimo sistemas, kai pirminio sandariklio gedimas iš karto nepažeidžia sistemos vientisumo.
Labirinto antspaudo koncepcijos: Sukurkite vingiuotus kelius, kad vanduo sunkiai prasiskverbtų, net jei pažeisti atskiri sandarikliai.
Slėgio mažinimo sistemos: Suprojektuokite vėdinimo sistemas, kurios neleistų susidaryti slėgiui ir kartu apsaugotų nuo vandens patekimo.
Suskirstymas į skyrius: Izoliuokite svarbiausius komponentus, kad vietinis sandariklio gedimas neturėtų įtakos visos sistemos veikimui.
Tinkamas suspaudimo santykio apskaičiavimas
Optimalus suspaudimo diapazonas: Daugumai O-Ring sandariklių reikia 15-25% suspaudimo, kad sandarinimas būtų efektyvus ir nesukeltų pernelyg didelio įtempimo, kuris sukelia ankstyvą gedimą.
Griovelių projektavimo standartai: Laikykitės nustatytų standartų (AS568, ISO 3601) dėl O-Ring griovelių matmenų, kad užtikrintumėte tinkamą suspaudimą ir sulaikymą.
Tolerancijų sankaupų analizė4: Atsižvelkite į gamybos nuokrypius, kurie turi įtakos galutiniam suspaudimo santykiui, ir atitinkamai projektuokite.
Montavimo įrankiai: Pateikite tinkamus montavimo įrankius ir procedūras, kad surinkimo metu būtų pasiektas pastovus suspaudimo santykis.
Drenažo ir ventiliacijos projektavimas
Vandens valdymas: Suprojektuokite drenažo kelius vandeniui, kuris prasiskverbia pro išorinius sandarinimo barjerus, kad jis nesikauptų.
Kvėpuojančios membranos: Naudokite "Gore-Tex" ar panašias membranas, kurios leidžia keistis oru, bet neleidžia prasiskverbti skystam vandeniui.
Kondensacijos kontrolė: Projektuokite sistemas, skirtas vidaus kondensatui, kuris gali būti toks pat žalingas kaip ir išorinis vandens patekimas, valdyti.
Prieiga prie techninės priežiūros: Užtikrinkite, kad sandarinimo sistemas būtų galima tikrinti, bandyti ir keisti neišardant didelės sistemos dalies.
Kokia yra geriausia sandariklių įrengimo ir priežiūros praktika?
Tinkamas montavimas ir techninė priežiūra yra labai svarbūs, kad būtų užtikrintas numatytas sandarinimo efektyvumas ir ilgaamžiškumas. Geriausia sandariklių montavimo ir priežiūros praktika apima tinkamą paviršiaus paruošimą ir valymą, teisingą tepalų parinkimą ir naudojimą, nustatyto suspaudimo santykio užtikrinimą, montavimo pažeidimų vengimą, reguliaraus tikrinimo grafikų įgyvendinimą, eksploatacinių rodiklių stebėseną, sandariklių keitimą prieš sugedimą ir išsamios techninės priežiūros dokumentacijos tvarkymą patikimumo analizei ir tobulinimui.
Geriausia diegimo praktika
Paviršiaus paruošimas: Nuvalykite visus sandarinimo paviršius, kad pašalintumėte purvą, alyvą, senų sandariklių likučius ir bet kokius teršalus, kurie gali pakenkti sandarinimo veiksmingumui.
Tepimo pasirinkimas: Naudokite suderinamus tepalus, kurie nesugadina sandarinimo medžiagų - silikoninį tepalą daugumai programų, specialius tepalus cheminei aplinkai.
Montavimo įrankiai: Naudokite tinkamus montavimo įrankius, kad atliekant montavimo procedūras išvengtumėte sandariklių įpjovimo, susukimo ar sugadinimo.
Sukimo momento specifikacijos: Laikykitės gamintojo nurodytų sukimo momento specifikacijų, kad būtų pasiektas tinkamas suspaudimas ir nebūtų per daug priveržta, nes tai pažeistų sandariklius ar sriegius.
Prevencinės techninės priežiūros programos
Reguliarūs tikrinimo tvarkaraščiai: Nustatykite tikrinimo intervalus, atsižvelgdami į naudojimo sunkumą - kas mėnesį, jei tai kritinės paskirties įrenginiai, ir kasmet, jei tai standartiniai įrenginiai.
Našumo testavimas: Periodiškai atlikite slėgio bandymus arba IP įvertinimo patikrą, kad įsitikintumėte nuolatiniu sandarinimo efektyvumu.
Prognostiniai rodikliai: Stebėkite, ar nėra ankstyvųjų įspėjamųjų ženklų, pavyzdžiui, nedidelio nuotėkio, matomų sandarinimo pažeidimų arba sistemos slėgio išlaikymo pokyčių.
Pakeitimo kriterijai: Siekiant optimalaus ekonominio efektyvumo, keiskite sandariklius remdamiesi būklės įvertinimu, o ne savavališkais laiko intervalais.
Dokumentavimas ir stebėjimas
Paslaugų įrašai: Tvarkykite išsamią sandariklių montavimo, keitimo ir eksploatacinių savybių apskaitą, kad nustatytumėte dėsningumus ir optimizuotumėte techninės priežiūros intervalus.
Nesėkmių analizė: tirkite sandarinimo gedimus, kad suprastumėte pagrindines priežastis ir patobulintumėte būsimą projektavimą ar techninės priežiūros praktiką.
Medžiagų atsekamumas: Stebėkite sandarinimo medžiagų partijas ir tiekėjus, kad nustatytumėte kokybės problemas ir užtikrintumėte nuoseklų veikimą.
Mokymo programos: Tinkamai apmokykite montavimo ir techninės priežiūros darbuotojus, kad užtikrintumėte nuoseklų ir kokybišką darbą.
Išvada
Suprasdami vandens patekimo į vidų fiziką, inžinieriai gali kurti veiksmingesnes sandarinimo sistemas ir išvengti brangiai kainuojančių gedimų tinkamai parinkdami medžiagas, diegimo praktiką ir techninės priežiūros programas. Atsižvelgdami į kapiliarinį poveikį, slėgio skirtumus, medžiagų irimo mechanizmus ir aplinkos veiksnius, galime sukurti patikimus sandarinimo sprendimus, kurie išlaiko IP klasę visą eksploatavimo laiką. Dešimtmetė "Bepto" patirtis sprendžiant vandens prasiskverbimo iššūkius mus išmokė, kad sėkmingam sandarinimui reikia ir techninių žinių, ir praktinio taikymo patirties - mes esame čia, kad padėtume jums įgyvendinti šiuos principus konkrečiose jūsų programose, kad užtikrintumėte patikimą ir ilgalaikį veikimą 😉
DUK apie vandens patekimo į patalpas prevenciją
K: Kokia yra dažniausia vandens patekimo į elektros korpusus priežastis?
A: Dėl netinkamos montavimo praktikos, įskaitant netinkamą paviršiaus paruošimą, neteisingą suspaudimo santykį ir montavimo metu pažeistus sandariklius, įvyksta 60% vandens prasiskverbimo gedimų. Tinkamas mokymas ir montavimo procedūros padeda išvengti daugumos gedimų.
K: Kaip pasirinkti tinkamą sandariklio medžiagą savo reikmėms?
A: Pasirinkite pagal temperatūros diapazoną, cheminių medžiagų poveikį, atsparumo UV spinduliams ir ozonui reikalavimus ir atsparumo suspaudimui poreikius. EPDM tinka daugumai lauko darbų, o vitonas - cheminei aplinkai ir aukštai temperatūrai.
K: Ar galiu patikrinti sandariklio veiksmingumą jo neišardęs?
A: Taip, naudokite slėgio irimo bandymus, helio nuotėkio aptikimo arba IP įvertinimo patikros bandymus, kad įvertintumėte sandariklio veikimą. Stebėkite slėgio išsilaikymą laikui bėgant arba naudokite žymimąsias dujas, kad aptiktumėte mikroskopinius nuotėkius, kol jie netapo problema.
K: Kaip dažnai reikėtų keisti sandariklius lauko sąlygomis?
A: EPDM dangą keiskite ne pagal laiką, o pagal būklę - vidutinio klimato sąlygomis paprastai 3-5 metus, o atšiaurioje UV spindulių ir ozono aplinkoje - 2-3 metus. Kasmet apžiūrėkite ir pakeiskite, kai atsiranda degradacijos požymių.
K: Kuo skiriasi IP67 ir IP68 apsaugos nuo vandens reitingai?
A: IP67 apsaugo nuo laikino panardinimo (1 metras 30 minučių), o IP68 užtikrina nuolatinę apsaugą nuo panardinimo gamintojo nurodytame gylyje ir trukmę. Rinkitės pagal faktines vandens poveikio sąlygas savo programoje.
-
Ištirkite fizikinį reiškinį, kai skystis be išorinių jėgų teka į siauras erdves, veikiamas paviršiaus įtempimo ir sukibimo jėgų. ↩
-
Supraskite skysčių dinamikos principą, kuris apibūdina skysčio, tekančio ilgu cilindriniu vamzdžiu arba tarpu, slėgio kritimą. ↩
-
Sužinokite apie elastomerinių medžiagų nuolatinę deformaciją po ilgalaikio gniuždymo, kuri yra pagrindinis ilgalaikio sandarinimo veiksnys. ↩
-
Sužinokite, koks inžinerinės analizės metodas naudojamas apskaičiuojant bendrą dalių tolerancijų poveikį galutiniams mazgo matmenims ir tinkamumui. ↩
