Consideraciones sobre el diseño de la vida útil del diafragma

La observación de pautas prudentes puede extender enormemente los ciclos de servicio.

Al diseñar un diafragma, siempre considere lo que se puede hacer para extender la vida útil de la pieza. Cuando conoce las debilidades inherentes de los diafragmas y luego diseña en consecuencia, aumenta la probabilidad de usos exitosos.

Los principales factores que contribuyen a la falla prematura del diafragma son:

Rebabas y bordes afilados
Abrasión
Contrapresión
Compresión circunferencial

Suaviza el camino con el hardware adecuado

Claramente, el primer paso está en el diseño del hardware en sí. Las consideraciones obvias son la eliminación de rebabas y bordes afilados que puedan entrar en contacto con el diafragma. Incluso los defectos aparentemente menores pueden cortar y rasgar tanto la tela como el elastómero, lo que resulta en una falla prematura.

Cuanto más lisa sea la superficie, mejor.

No es tan obvio la suavidad relativa del acabado del hardware. Cuando se aplica presión constantemente y luego se alivia, el diafragma se frota contra el hardware de soporte. Si la superficie del hardware es rugosa, puede desgastar la tela y provocar una falla antes de lo esperado.

¿Qué tan suave es lo suficientemente suave?

Se recomienda que estas superficies no sean más rugosas que 32 micropulgadas y, si es necesario, que tengan un acabado de 16 micropulgadas en aplicaciones de ciclo más alto. Aunque los diafragmas no requieren lubricación, pueden recubrirse con un bisulfuro de molibdeno antes de la instalación para ayudar a reducir la abrasión. El pistón también puede estar revestido con Teflon® para reducir la fricción cuando el diafragma se desplaza contra él, o con un revestimiento de elastómero, que ayuda a prevenir la abrasión al evitar que el diafragma se mueva.

Alineación adecuada y contrapresión manejable

La falla más rápida ocurre cuando la pared lateral del diafragma entra en contacto consigo misma. Cuando esto sucede, las dos superficies de caucho se bloquean juntas mientras el pistón continúa moviéndose. Esto generalmente da como resultado que la pared lateral del diafragma se atasque entre el pistón y la pared del cilindro, dando como resultado que el elastómero y la tela se rompan. Generalmente hay dos causas para esto.

1. El primero es la alineación entre el pistón y el cilindro. Por lo general, no hay problemas a alta presión donde la presión en sí se iguala en el diafragma, lo que ayuda a centrar el pistón. Sin embargo, a baja presión, la gravedad puede tomar el control y tirar del pistón hacia un lado, causando un problema. Esto se puede evitar con un casquillo para el pistón o alguna otra forma de mantener el pistón centrado durante toda su carrera.

2. La segunda causa de este tipo de falla es la contrapresión. Generalmente, un diafragma puede tener un diferencial alto en una sola dirección. Si la presión aumenta en el lado de baja presión del diafragma, la pared lateral se colapsa y provoca fallas. Los problemas de contrapresión suelen ocurrir cuando el usuario ni siquiera sabe que existe. Dado que la mayoría de las aplicaciones de diafragma se realizan en actuadores cerrados, debe haber un medio para ajustar el cambio en el volumen de gas o fluido por encima y por debajo del diafragma a medida que se mueve hacia arriba y hacia abajo.

Contrapresión: cuidado con la calle de sentido único

El estrés no suele ser un problema en el lado de alta presión del diafragma porque los cambios de volumen determinan en gran parte la función del aparato. Por lo general, los problemas de contrapresión ocurren en el lado de baja presión, donde el volumen de gas o fluido debe eliminarse y reemplazarse con cada carrera del diafragma.

Aliviar la contrapresión a través de la ventilación.

Los orificios de ventilación deben tener el tamaño correcto para permitir que pase suficiente volumen en la cantidad precisa de tiempo que se necesita para mover el diafragma. También es importante recordar esto cuando las secuencias de actuación aumentan durante la prueba acelerada o cuando el dispositivo se encuentra bajo una mayor carga de estrés o ciclos más rápidos.

Controle los peligros de la compresión de la pared lateral

La causa final de la falla es la compresión circunferencial. Este es un término utilizado para describir las secciones de mayor diámetro de la pared lateral del diafragma que se comprimen alrededor del pistón. Esto da como resultado que la pared lateral forme un pliegue axial en la pared lateral para permitir que el diafragma se adapte al pistón. Debido a que la tela utilizada como soporte tiene un patrón cuadrado, los pliegues ocurren en los cuatro puntos en los que los hilos de urdimbre y relleno son perpendiculares a la circunvolución.

Minimizar la posibilidad de ruptura

La compresión circunferencial se suele denominar "cuatro curvas". No es algo que se pueda eliminar por completo, sino que se puede controlar. El plegado continuo en el mismo lugar conduce finalmente a una rotura del hilo transversal, lo que conduce a la rotura del elastómero.

Formas de reducir la compresión circunferencial

Hay varias formas de reducir esta compresión circunferencial. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes. Nuestros ingenieros pueden recomendarle lo que es mejor para usted.

1. Limita el trazo, limita el estrés

La primera forma es usar solo la mitad inferior del recorrido del diafragma. El uso de la mitad inferior de la carrera limita la sección de la pared lateral que debe comprimirse alrededor del pistón hasta la parte superior. Este es la sección de la pared lateral con la menor diferencia de circunferencia con el pistón, lo que significa que los pliegues serán más pequeños y no tan agudos. El resultado de esto es una mayor vida útil del diafragma.

2. La doble conicidad facilita la compresión

Otra forma de reducir la compresión circunferencial -y seguir manteniendo la capacidad total de la carrera del diafragma- es el diafragma de doble conicidad.

En un diafragma de "sombrero de copa" estándar, la pared lateral del diafragma es una línea recta tangente a los radios de la brida y del pistón.

En un sombrero de copa de doble conicidad, la pared lateral es una línea tangente al radio del cilindro que discurre en un ángulo de 45 a 60 grados hasta un punto situado aproximadamente a un 60% del ancho de la circunvolución.

En este punto se envuelve alrededor de un pequeño radio y luego recto hasta un punto tangente al radio del pistón. Esto hace que la pared lateral tenga un ángulo mucho más pronunciado para la longitud utilizable de la pared lateral, lo que a su vez reduce la circunferencia.

3. La "preconvolución" anticipa el problema

Se puede obtener el mismo efecto en un diafragma preconvolucionado moldeando el diafragma como un diafragma preconvolucionado desplazado. En pocas palabras, se trata de un diafragma preconvolucionado moldeado en la posición superior. El beneficio es claro: pone la cantidad total de pared lateral de trabajo en la circunferencia del pistón, eliminando prácticamente la compresión circunferencial.

4. El estrechamiento del hardware: un compromiso arriesgado

La última forma de reducir la compresión circunferencial es con un pistón cónico. Esto simplemente aumenta la circunferencia del pistón a medida que aumenta la circunferencia de la pared lateral. A pesar de la ventaja de ajustar la circunferencia, este es probablemente el medio menos deseable para resolver el problema de la compresión por dos razones obvias:

El ajuste de la circunferencia resultante del estrechamiento disminuye la presión efectiva a medida que la presión aumenta. (El estrechamiento disminuye la presión efectiva global a medida que aumenta la presión).
El ajuste de la circunferencia aumenta la presión efectiva a medida que la presión disminuye.

Ambos efectos relacionados con la presión deben ser considerados y probados a fondo antes de utilizar esta solución.