Что такое шевронная манжета

Шевронные манжеты – это разновидность резинотехнических изделий, представляющих собой уплотнительные элементы, способные выдерживать высокое давление. С их помощью уплотняют динамичные элементы гидравлических устройств, которые эксплуатируются при повышенных нагрузках. Так, например, речь идёт о цилиндрах, валах, осях, плунжерах, поршнях, штоках, шпинделях.

Шевронные уплотнения обеспечивают точную и правильную работу оборудования, на которое они установлены, тем самым продлевая срок его службы, правда, при условии, что их износившиеся элементы будут своевременно заменяться.

Для повышения прочности, а, значит, стойкости резиновые шевронные манжеты армируют, используя для этой цели прорезиненную хлопчатобумажную ткань.

Обсуждаемые РТИ в зависимости от материала изготовления работают в различных рабочих средах в широком диапазоне температур и давлений. 

Конструкция

Шевронные уплотнения – это комплекты, состоящие из нескольких элементов. Их список представлен:

• манжетами, количество которых может варьироваться и достигать 5 штук;
• нажимным (компрессионным) кольцом;
• опорным кольцом.

Назначение нажимного кольца – защита манжеты от выдавливания высоким давлением, а, соответственно, от изменений формы профиля последней. Ещё одна функция компрессионного кольца – равномерное распределение давления.

Принцип действия

Назначение шевронных манжет заключается в герметизации гидравлических устройств с целью предотвращения протечек рабочих жидкостей. А также они защищают детали от преждевременного износа.

Достигается это за счёт того, что при сжатии обсуждаемых уплотнителей их основания обеспечивают наступление заклинивающего эффекта. В результате гидравлическое оборудование способно непродолжительное время функционировать даже с изношенными поршнями, плунжерами и другими деталями.

Помимо этого, шевронные манжеты, имея посадку с натяжением кромок, позволяют уплотнениям работать при очень низких показателях давления в гидравлических системах. А при увеличении указанного параметра надёжность уплотнений достигается за счёт уникальной V-образной формы манжеты.

Преимущества

Шевронные уплотнители относятся к категории весьма востребованных, поскольку они обладают рядом важных преимуществ:

• длительным сроком эксплуатации;
• способностью на протяжении некоторого времени обеспечивать работу гидравлических систем даже с вышедшими из строя деталями;
• нечувствительностью к загрязнениям;
• износостойкостью;
• устойчивостью к воздействию многих веществ, в том числе агрессивных;
• возможностью замены отдельных элементов уплотнения без демонтажа гидравлических устройств;
• большим разнообразием типоразмеров.

Несомненным преимуществом шевронных манжет является их адаптированность к работе в разных, в то числе экстремальных, условиях.

Применение

Столь значительное количество преимуществ обсуждаемых изделий привело к их активному использованию при уплотнении элементов гидравлических систем, которые применяются в различных отраслях:

• автомобилестроительной;
• машиностроительной;
• фармакологической;
• пищевой;
• нефте-, газодобыче и переработке;
• энергетической;
• электронной.

Кроме того, шевронные манжеты используют на предприятиях чёрной металлургии, а также занимающих производством горного оборудования, сельскохозяйственной техники, спецтехники. 

Установка

Монтаж шевронных комплектов должен осуществляться квалифицированными работниками, ответственными за обслуживание оборудования. Устанавливаются они в штатные посадочные места (отверстия). Присутствие в комплектах, помимо манжет, нажимного и опорного колец обеспечивает плотное прилегание уплотнительных элементов, исключающее их соскальзывание в процессе эксплуатации.

Установка шевронных комплектов должна производится по определённому алгоритму с соблюдением ряда правил.

1. Демонтаж старых шевронных манжет. Он должен проводиться с предельной осторожностью для недопущения повреждений металлических деталей, пребывающих в зоне разборки.
2. Очистка уплотняемого пространства. Она должна быть максимально тщательной и одновременно осторожной особенно, когда с металлических поверхностей нужно удалять затвердевшие отложения. Обеспечьте тщательное вымывание из уплотняемого пространства любых загрязнений, поскольку, оставшись в системе, они существенно снизят срок эксплуатации уплотнений.
3. Поддержание чистоты на протяжении всего процесса монтажа.
4. Защита уплотнительных элементов от повреждений. Как правило, в таких ситуациях речь идёт о порезах. Причиной появления последних нередко бывает пропускание манжеты в ходе проведения монтажных работ через резьбу, заострённые выступы, края.
5. Смазка. Её применение способствует существенному упрощению установки и шевронного комплекта и повторного монтажа оборудования. Для достижения наилучших результатов в качестве смазки рекомендуется использовать системную жидкость

Соблюдение алгоритма и правил монтажа, рекомендованных условий эксплуатации – гарантия что шевронный комплект будет служить долго.

Материалы для изготовления

В качестве сырья для производства шевронных манжет, в зависимости от условий, в которых будут они будут эксплуатироваться, используются различные уплотнительные материалы. К их числу, например, относятся:

• фторопласты;
• полиамиды;
• полиуретаны;
• хлоропреновые, бутадиен-нитрильные каучуки и прочие резины.

Более того, для получения изделий с особыми характеристиками нередко используются резиновые смеси, в состав которых входят несколько эластомеров. Как правило, опорные и нажимные кольца, входящие в шевронное уплотнение, производят из того же материала, что и манжеты. При необходимости пакет может укомплектовываться кольцами, выполненными из разных материалов.

PTFE

Особого обсуждения заслуживает такой эластомер, как политетрафторэтилен (PTFE), который больше известен как фторопласт-4 или тефлон. Речь идёт об одном из наиболее востребованных материалов для изготовления резинотехнических изделий, которые способны сохранять свои технические характеристики при эксплуатации под большими нагрузками и практически в любых рабочих средах (исключение составляют элементарный фтор, расплавы щелочных металлов, трёхфтористый хлор). 

Популярность PTFE обусловлена его свойствами, так, разговор ведётся о/об:

• высочайшей химический инертности – указанный эластомер не вступает во взаимодействие с подавляющим большинством агрессивных веществ (за исключением перечисленных выше);
• гидрофобности;
• абсолютной безвредности;
• термостойкости – рабочий диапазон температур для изделий, изготовленных из фторопласта-4, варьируется от -253^оС до +253^оС;
• выраженных антифрикционных и диэлектрических свойствах;
• биологической устойчивости;
• низкой адгезии;
• устойчивости к окислению и гидролизу;
• высокой износостойкости;
• длительном сроке эксплуатации.

Фторопластовые шевронные комплекты применяются для уплотнения валов, осей, плунжеров, штоков, медленно вращающихся шпинделей в гидравлическом оборудовании, которое используется в различных отраслях промышленности, к числу которых принадлежат машиностроительная, химическая, фармацевтическая, пищевая, горнодобывающая, металлургическая и прочие.

Отметим, что манжеты, опорные и нажимные (компрессионные) кольца шевронных уплотнений производят не только из чистого PTFE, но и из его модификаций, получаемых добавлением в состав фторопласта различных наполнителей.

1. PTFE + стекловолокно. Фторопластовые композиции со стекловолокном получают холодным прессованием с последующим спеканием. Изготовленные из них шевронные уплотнения применяют в механизмах/оборудовании, которые эксплуатируются при высоких нагрузках, а также в случаях, когда коррозионность рабочих сред не допускает использования уплотнителей из других материалов.
2. PTFE + углерод. Фторопластовые композиции с углеродом получают добавлением в PTFE измельчённого кокса. В результате получаемый чёрный фторопласт отличается от чистого повышенной более чем в 2 раза прочностью на сжатие и более чем в сотни раз износостойкостью. Помимо этого, добавление кокса увеличивает твёрдость, улучшает антистатические свойства конечного продукта. 
3. PTFE + графит. Выраженное антифрикционное свойство графита делает данную модификацию фторопласта-4 материалом, который отличает самый низкий коэффициент трения. Фторопластовые композиции с графитом отличаются превосходной износостойкостью, а также высочайшей несущей способностью в высокоскоростных контактных уплотнениях. Важнейшая особенность шевронных манжет, произведённых из обсуждаемой модификации фторопласта-4, заключается в отсутствии потребности в смазке. Следует учитывать, что графит способен окисляться.
4. PTFE + бронза. Чистый фторопласт-4 отличается низкой теплопроводностью, что существенно ограничивает сферу применения изготовленных из него изделий. Проблема решается введением в указанный эластомер металлических наполнителей, в частности, бронзы. Полученный материал характеризуется хорошей теплопроводностью, высокой устойчивостью к давлению. Однако следует учитывать, что изделия, произведённые из фторопластовых модификаций с бронзой, могут вступать во взаимодействие с кислотами.

Комплекты (пакеты) шевронные резинотканевые (ГОСТ 22704-77)

Как уже отмечалось, уплотнения такого типа являют собой комплекты (пакеты, наборы), состоящие из нескольких шевронных манжет, которые устанавливаются между опорным и нажимным кольцами. Назначение последних – обеспечение необходимой ориентации уплотняемых поверхностей.

С их помощью уплотняют штоки и цилиндры гидравлических устройств, диаметр которых не превышает 2 000 мм. Шевронные резинотканевые комплекты, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ 22704-77, предназначены для эксплуатации при температурах от -50^оС до +100^оС, давлении, не превышающем 63 МПа.

Обозначенные уплотнения предназначены для работы в:

• воде, в том числе морской;
• водных эмульсиях;
• минеральных маслах;
• нефтепродуктах.

В качестве сырья при производстве шевронных манжет, а также опорных и нажимных колец уплотнений, которые изготавливаются согласно требований указанного выше государственного стандарта, используют резину двух типов:

• тип I – «Наирит», это хлоропреновый каучук, обладающий хорошей стойкостью к открытому огню, естественному окислению, воздействию атмосферных факторов, низким температурам, отличающийся высокой устойчивостью к истиранию, а также хорошей адгезией;
• тип II – «Наирит + СКН», речь идёт о резиновой смеси, в состав которой входят хлоропреновый и бутадиен-нитрильный синтетические каучуки; для последних характерны высокая прочность, хорошая стойкость к истиранию, а также к воздействию многих агрессивных сред, к числу которых относятся вода, в том числе и горячая, нефтепродукты, минеральные масла, алифатические углеводороды, хладагенты, неконцентрированные растворы кислот.

Все элементы шевронных уплотнений, изготовленных по обозначенному выше государственному стандарту, армируют, используя для этой цели суровые хлопчатобумажные тканные материалы, например, ткань «Доместик».

Опорные кольца

Назначение опорных колец – обеспечение экструзионной устойчивости, в частности, шевронных уплотнений, в том числе и при значительном износе металлических деталей, а также при высоких показателях рабочего давления.

Наиболее распространены полиуретановые кольца. Помимо этого, для производства опорных колец, входящих в состав шевронных комплектов, используются синтетические полимеры полиацеталь (POM) и фторопласты (PTFE).

Указанный выше нормативно-технический документ допускает использование опорных колец, изготовленных из других материалов, например, бронзы, полиамида, текстолита.

Шевронные манжеты

Речь идёт об основных уплотнительных элементах, входящих в состав шевронных комплектов. Их роль заключается в том, чтобы исключить возможность протечек газообразных и жидких рабочих сред в процессе работы гидравлических систем. Кроме того, манжеты защищают уплотняемые металлические поверхности.

Как уже отмечалось, шевронные комплекты могут включать разное количество манжет, которым определяется высота уплотнения, настраиваемая для конкретных применений.

Для их изготовления используют два типа резиновых смесей: «Наирит» и «Наирит + СКН». Их свойства подробно описаны выше.

Нажимные кольца

На верхних поверхностях нажимных колец имеются радиальные пазы. Их назначение – распределение давления на кромки соседних манжет.

Для производства нажимных колец используются те же материалы, что и для изготовления опорных. В шевронных уплотнениях допускается применение нажимных колец из полиамидов, текстолита, бронзы.

Заключение

Шевронные уплотнения незаменимы для обеспечения нормального функционирования гидравлических устройств. Их предназначение – герметизация последних для недопущения протеканий газообразных и жидких рабочих сред, а также защита металлических деталей (валов, осей, цилиндров, штоков, шпинделей) от преждевременного износа.

Однако рассчитывать на продолжительность срока службы шевронных уплотнений имеет смысл лишь при соблюдении алгоритма и правил их монтажа и эксплуатации. Своевременная замена износившихся уплотнительных элементов, входящих в шевронные комплекты, станет гарантией того, что гидравлические устройства/системы будут бесперебойно работать на протяжении многих лет.