مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع سیلبند

سیلبندها (Seals) برای جلوگیری از نشت سیالات (گازها یا مایعات) بین دو محیط یا قطعه متحرک و ثابت استفاده میشوند. انتخاب نوع سیلبند، طراحی و محاسبات آن به عواملی مانند فشار، دما، سرعت، نوع سیال و شرایط محیطی بستگی دارد. در زیر به بررسی جامع این موضوع پرداخته شده است:

۱. انواع سیلبندها

الف) سیلبندهای استاتیک (Static Seals)

• کاربرد: اتصال بین دو قطعه ثابت (مثل فلنجها یا پوششها).

• انواع:

  • اورینگ (O-Ring): حلقههای الاستومری دایرهای شکل.

  • گسکت (Gasket): ورقهای از جنس فلز، گرافیت یا پلیمر.

  • درزگیرهای مایع (Liquid Gaskets): مانند سیلیکون RTV.

ب) سیلبندهای دینامیک (Dynamic Seals)

• کاربرد: اتصال بین قطعات متحرک (چرخشی یا خطی).

• انواع:

  • مکانیکال سیل (Mechanical Seal): برای پمپها و تجهیزات دوار.

  • سیلبندهای پیستونی (Piston Seals): در سیلندرهای هیدرولیک و پنوماتیک.

  • سیلبندهای شفت (Lip Seals): برای شفتهای دوار.

  • سیلبندهای لابیرینتی (Labyrinth Seals): بدون تماس فیزیکی، مناسب برای سرعتهای بالا.

ج) سیلبندهای هیدرولیک و پنوماتیک

• انواع:

  • سیلبند U-Cup: برای پیستون ها و میله های هیدرولیک.

  • سیلبند ویپر (Wiper Seal): جلوگیری از ورود آلودگی به سیلندر.

۲. طراحی سیلبندها

الف) ملاحظات طراحی

• فشار کاری: انتخاب متریال و طراحی متناسب با فشار سیستم (تا ۱۰۰۰ بار در هیدرولیک).

• دمای کاری: مقاومت حرارتی مواد (مثلاً PTFE تا ۲۶۰°C، ویتون تا ۲۰۰°C).

• سرعت حرکت: سیلبندهای دینامیک باید اصطکاک و سایش کمی داشته باشند.

• نوع سیال: سازگاری شیمیایی مواد سیلبند با سیال (مثلاً نفت، آب، اسیدها).

ب) انتخاب متریال

• الاستومرها: نیتریل (NBR)، ویتون (FKM)، سیلیکون (VMQ).

• پلیمرها: PTFE، پلیاورتان (PU).

• فلزات: برنج، استنلس استیل.

۳. محاسبات کلیدی

الف) محاسبه نشتی (Leakage Rate)

• برای سیلبندهای استاتیک با استفاده از معادله پرشر-ویسکوزیته:

  Q=(π⋅D⋅h3⋅ΔP)/(12⋅μ⋅L)​

  • Q: دبی نشتی، D: قطر سیلبند، h: فاصله بین سطوح، ΔP: اختلاف فشار.

ب) فشار تماسی (Contact Pressure) در اورینگ

Pc​=(E⋅δ)/D​

• E: مدول الاستیسیته اورینگ، δ: میزان فشردگی اورینگ، D: قطر مقطع اورینگ.

ج) محاسبه سایش در سیلبندهای دینامیک

• ضریب سایش (Wear Rate):

  W=k⋅P⋅V

  • k: ضریب سایش مواد، P: فشار تماسی، V: سرعت نسبی سطوح.

۴. تعیین محل سیلبند

الف) سیلبندهای استاتیک

• محل: بین دو سطح ثابت (مثلاً اتصال فلنجها یا درپوش مخازن).

• نکات:

  • مطمئن شدن از صافی سطح (Surface Finish) برای جلوگیری از نشت.

  • استفاده از گسکت در اتصالات تحت فشار بالا.

ب) سیلبندهای دینامیک

• محل:

  • مکانیکال سیل: بین شفت دوار و پوسته پمپ.

  • سیلبند پیستونی: روی پیستون یا میله سیلندر هیدرولیک.

  • سیلبند شفت: اطراف شفتهای دوار (مثلاً در گیربکسها).

• نکات:

  • قرارگیری سیلبند در نقطهای با کمترین تنش مکانیکی.

  • استفاده از سیلبندهای دومرحلهای (Double Seals) در فشارهای بسیار بالا.

ج) سیلبندهای لابیرینتی

• محل: در تجهیزات پرسرعت (توربینها، کمپرسورها).

• نکات:

  • طراحی مسیر پیچیده برای کاهش نشت.

  • ترکیب با تزریق گاز بیاثر (مانند نیتروژن) برای بهبود عملکرد.

۵. استانداردهای رایج

• ISO 3601: استاندارد اورینگها.

• API 682: استاندارد مکانیکال سیلها در صنایع نفت و گاز.

• DIN 3750: استاندارد سیلبندهای هیدرولیک.

۶. مثال کاربردی

• پمپ سانتریفیوژ:

  • نوع سیلبند: مکانیکال سیل کاربید سیلیکون/گرافیت.

  • محل: بین شفت و پوسته پمپ.

  • محاسبات: فشار کاری ۲۰ بار، دمای ۸۰°C، سرعت شفت ۳۰۰۰ RPM.

۷. جمع بندی

• انتخاب سیلبند بر اساس فشار، دما، سرعت و نوع سیال انجام میشود.

• محاسبات شامل بررسی نشتی، فشار تماسی و سایش است.

• تعیین محل سیلبند به عملکرد سیستم (استاتیک/دینامیک) و نقاط بحرانی نشت بستگی دارد.

• استفاده از استانداردها و مواد مناسب، عمر سیلبند و ایمنی سیستم را تضمین میکند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب