Механические уплотненияиграют очень важную роль в предотвращении утечек во многих различных отраслях промышленности. В морской отрасли естьмеханические уплотнения насоса, механические уплотнения вращающегося вала. А в нефтегазовой отрасли естькартриджные механические уплотнения,разрезные механические уплотнения или механические уплотнения с сухим газом. В автомобильной промышленности используются водяные торцовые уплотнения. А в химической промышленности существуют торцевые уплотнения смесителей (торцевые уплотнения мешалок) и торцевые уплотнения компрессоров.
В зависимости от условий использования требуется решение для механического уплотнения из разных материалов. Существует множество видов материалов, используемых вмеханические уплотнения вала такие как керамические механические уплотнения, углеродные механические уплотнения, механические уплотнения из карбида кремния.,Механические уплотнения SSIC иТорцевые уплотнения TC.
Керамические механические уплотнения
Керамические механические уплотнения являются важнейшими компонентами в различных промышленных применениях и предназначены для предотвращения утечки жидкостей между двумя поверхностями, такими как вращающийся вал и неподвижный корпус. Эти уплотнения высоко ценятся за их исключительную износостойкость, коррозионную стойкость и способность выдерживать экстремальные температуры.
Основная роль керамических механических уплотнений заключается в поддержании целостности оборудования путем предотвращения потерь или загрязнения жидкости. Они используются во многих отраслях промышленности, включая нефть и газ, химическую обработку, очистку воды, фармацевтику и пищевую промышленность. Широкое использование этих уплотнений объясняется их прочной конструкцией; они изготовлены из современных керамических материалов, которые обладают превосходными эксплуатационными характеристиками по сравнению с другими материалами уплотнений.
Керамические механические уплотнения состоят из двух основных компонентов: один представляет собой механическую неподвижную поверхность (обычно изготовленную из керамического материала), а другой — механическую вращающуюся поверхность (обычно изготовленную из углеграфита). Уплотняющее действие происходит, когда обе поверхности прижимаются друг к другу под действием пружины, создавая эффективный барьер против утечки жидкости. Во время работы оборудования смазочная пленка между уплотняющими поверхностями снижает трение и износ, сохраняя при этом герметичность.
Одним из решающих факторов, отличающих керамические механические уплотнения от других типов, является их исключительная устойчивость к износу. Керамические материалы обладают превосходными свойствами твердости, что позволяет им выдерживать абразивные условия без значительных повреждений. В результате получаются более долговечные уплотнения, которые требуют менее частой замены или обслуживания, чем уплотнения, изготовленные из более мягких материалов.
Помимо износостойкости, керамика также демонстрирует исключительную термическую стабильность. Они могут выдерживать высокие температуры, не разрушаясь и не теряя эффективности уплотнения. Это делает их пригодными для использования в условиях высоких температур, где другие материалы уплотнений могут преждевременно выйти из строя.
Наконец, керамические механические уплотнения обладают превосходной химической совместимостью и устойчивостью к различным коррозийным веществам. Это делает их привлекательным выбором для отраслей, которые регулярно имеют дело с агрессивными химикатами и агрессивными жидкостями.
Керамические механические уплотнения необходимыуплотнения компонентовПредназначен для предотвращения утечек жидкости в промышленном оборудовании. Их уникальные свойства, такие как износостойкость, термическая стабильность и химическая совместимость, делают их предпочтительным выбором для различных применений в различных отраслях промышленности.
физические свойства керамики | ||||
Технический параметр | единица | 95% | 99% | 99,50% |
Плотность | г/см3 | 3.7 | 3,88 | 3,9 |
Твердость | HRA | 85 | 88 | 90 |
Скорость пористости | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
Прочность на излом | МПа | 250 | 310 | 350 |
Коэффициент теплового расширения | 10(-6)/К | 5,5 | 5.3 | 5.2 |
Теплопроводность | Ж/МК | 27,8 | 26,7 | 26 |
Углеродные механические уплотнения
Механическое угольное уплотнение имеет долгую историю. Графит – это изоформа элемента углерода. В 1971 году Соединенные Штаты изучили успешный гибкий графитовый материал механического уплотнения, который решил проблему утечки клапана атомной энергии. После глубокой обработки гибкий графит становится отличным уплотнительным материалом, из которого изготавливают различные углеродные механические уплотнения с эффектом герметизирующих компонентов. Эти углеродные механические уплотнения используются в химической, нефтяной и электроэнергетической отраслях, например, в качестве высокотемпературных жидкостных уплотнений.
Поскольку гибкий графит образуется в результате расширения расширенного графита после высокой температуры, количество интеркалирующего агента, остающегося в гибком графите, очень мало, но не полностью, поэтому наличие и состав интеркалирующего агента оказывают большое влияние на качество. и производительность продукта.
Выбор материала поверхности угольного уплотнения
Первоначальный изобретатель использовал концентрированную серную кислоту в качестве окислителя и интеркалирующего агента. Однако было обнаружено, что после нанесения на уплотнение металлического компонента небольшое количество серы, оставшееся в гибком графите, вызывает коррозию контактного металла после длительного использования. Учитывая этот момент, некоторые отечественные ученые пытались улучшить его, например, Сун Кемин, который выбрал уксусную кислоту и органическую кислоту вместо серной кислоты. кислоту, замедлить в азотной кислоте и снизить температуру до комнатной, приготовленную из смеси азотной и уксусной кислот. Используя смесь азотной кислоты и уксусной кислоты в качестве внедряющего агента, получали не содержащий серы расширенный графит с перманганатом калия в качестве окислителя и к азотной кислоте медленно добавляли уксусную кислоту. Температуру снижают до комнатной и готовят смесь азотной и уксусной кислот. Затем в эту смесь добавляют природный чешуйчатый графит и марганцовку. При постоянном перемешивании температура составляет 30°С. После 40-минутной реакции воду промывают до нейтральной температуры и сушат при 50~60°С, а после высокотемпературного расширения получают вспененный графит. Этот метод не обеспечивает вулканизации при условии, что продукт может достичь определенного объема расширения, чтобы обеспечить относительно стабильную природу герметизирующего материала.
Тип | M106H | М120Х | М106К | М120К | М106Ф | М120Ф | М106Д | М120Д | М254Д |
Бренд | Пропитанный | Пропитанный | Пропитанный фенол | Углерод сурьмы (А) | |||||
Плотность | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
Прочность на излом | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
Прочность на сжатие | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
Твердость | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
Пористость | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
Температура | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Механические уплотнения из карбида кремния
Карбид кремния (SiC) также известен как карборунд, который изготавливается из кварцевого песка, нефтяного кокса (или каменноугольного кокса), древесной щепы (которую необходимо добавлять при производстве зеленого карбида кремния) и так далее. В карбиде кремния есть и редкий в природе минерал — шелковица. В современном C, N, B и другом неоксидном высокотехнологичном огнеупорном сырье карбид кремния является одним из наиболее широко используемых и экономичных материалов, который можно назвать золотым стальным песком или огнеупорным песком. В настоящее время промышленное производство карбида кремния в Китае разделено на черный карбид кремния и зеленый карбид кремния, оба из которых представляют собой шестиугольные кристаллы с пропорцией 3,20 ~ 3,25 и микротвердостью 2840 ~ 3320 кг/м².
Изделия из карбида кремния подразделяются на множество видов в зависимости от условий применения. Обычно он используется более механически. Например, карбид кремния является идеальным материалом для механического уплотнения из карбида кремния из-за его хорошей стойкости к химической коррозии, высокой прочности, высокой твердости, хорошей износостойкости, небольшого коэффициента трения и устойчивости к высоким температурам.
Уплотнительные кольца SIC можно разделить на статические кольца, подвижные кольца, плоские кольца и так далее. Кремний SiC может быть превращен в различные изделия из карбида кремния, такие как вращающееся кольцо из карбида кремния, стационарное седло из карбида кремния, втулка из карбида кремния и т. д., в соответствии с особыми требованиями клиентов. Его также можно использовать в сочетании с графитовым материалом, а его коэффициент трения меньше, чем у глиноземной керамики и твердого сплава, поэтому его можно использовать при высоком значении PV, особенно в условиях сильной кислоты и сильной щелочи.
Снижение трения SIC является одним из ключевых преимуществ его использования в механических уплотнениях. Таким образом, SIC может противостоять износу лучше, чем другие материалы, продлевая срок службы уплотнения. Кроме того, уменьшенное трение SIC снижает потребность в смазке. Отсутствие смазки снижает вероятность загрязнения и коррозии, повышая эффективность и надежность.
SIC также обладает высокой устойчивостью к износу. Это указывает на то, что он может выдерживать длительное использование, не портясь и не ломаясь. Это делает его идеальным материалом для применений, требующих высокого уровня надежности и долговечности.
Его также можно повторно притирать и полировать, поэтому уплотнение можно ремонтировать несколько раз в течение срока службы. Обычно он используется более механически, например, в механических уплотнениях, из-за его хорошей стойкости к химической коррозии, высокой прочности, высокой твердости, хорошей износостойкости, небольшого коэффициента трения и устойчивости к высоким температурам.
Использование карбида кремния в поверхностях механических уплотнений приводит к повышению производительности, увеличению срока службы уплотнений, снижению затрат на техническое обслуживание и эксплуатации вращающегося оборудования, такого как турбины, компрессоры и центробежные насосы. Карбид кремния может иметь разные свойства в зависимости от способа его изготовления. Реакционно-связанный карбид кремния образуется путем связывания частиц карбида кремния друг с другом в процессе реакции.
Этот процесс существенно не влияет на большинство физических и термических свойств материала, однако ограничивает химическую стойкость материала. Наиболее распространенными химикатами, вызывающими проблемы, являются каустики (и другие химические вещества с высоким pH) и сильные кислоты, поэтому в этих целях не следует использовать карбид кремния, связанный реакцией.
Реакционно-спеченный, пропитанныйкарбид кремния. В таком материале поры исходного материала SIC заполняются в процессе пропитки путем выжигания металлического кремния, в результате чего появляется вторичный SiC и материал приобретает исключительные механические свойства, становясь износостойким. Благодаря минимальной усадке его можно использовать при производстве крупных и сложных деталей с жесткими допусками. Однако содержание кремния ограничивает максимальную рабочую температуру до 1350 °C, химическая стойкость также ограничена значением pH около 10. Материал не рекомендуется использовать в агрессивных щелочных средах.
СпеченныйКарбид кремния получают путем спекания предварительно спрессованного очень мелкого гранулята SIC при температуре 2000 °C для образования прочных связей между зернами материала.
Сначала утолщается решетка, затем уменьшается пористость и, наконец, связи между зернами спекаются. В процессе такой обработки происходит значительная усадка продукта – примерно на 20%.
Уплотнительное кольцо SSIC устойчив ко всем химическим веществам. Поскольку в его структуре отсутствует металлический кремний, его можно использовать при температуре до 1600С без ущерба для его прочности.
характеристики | R-SiC | S-SiC |
Пористость (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
Плотность (г/см3) | 3.05 | 3,1~3,15 |
Твердость | 110~125 (ГС) | 2800 (кг/мм2) |
Модуль упругости (ГПа) | ≥400 | ≥410 |
Содержание SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
Содержание Si (%) | ≤15% | 0,10% |
Прочность на изгиб (МПа) | ≥350 | 450 |
Прочность на сжатие (кг/мм2) | ≥2200 | 3900 |
Коэффициент теплового расширения (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
Теплостойкость (в атмосфере) (℃) | 1300 | 1600 |
Механическое уплотнение TC
Материалы TC обладают высокой твердостью, прочностью, стойкостью к истиранию и коррозии. Он известен как «Промышленный зуб». Благодаря своим превосходным характеристикам он широко используется в военной промышленности, аэрокосмической промышленности, механической обработке, металлургии, бурении нефтяных скважин, электронной связи, архитектуре и других областях. Например, в насосах, компрессорах и мешалках кольца из карбида вольфрама используются в качестве механических уплотнений. Хорошая стойкость к истиранию и высокая твердость делают его пригодным для изготовления износостойких деталей, подверженных высоким температурам, трению и коррозии.
По химическому составу и характеристикам использования TC можно разделить на четыре категории: вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-титан (YT), вольфрам-титан-тантал (YW) и карбид титана (YN).
Твердый сплав вольфрам-кобальт (YG) состоит из WC и Co. Он подходит для обработки хрупких материалов, таких как чугун, цветные металлы и неметаллические материалы.
Стеллит (YT) состоит из WC, TiC и Co. За счет добавления TiC в сплав улучшается его износостойкость, но снижаются прочность на изгиб, производительность шлифования и теплопроводность. Из-за своей хрупкости при низких температурах он подходит только для высокоскоростной резки обычных материалов, но не для обработки хрупких материалов.
Вольфрам, титан, тантал (ниобий) и кобальт (YW) добавляют в сплав для повышения высокотемпературной твердости, прочности и стойкости к истиранию за счет соответствующего количества карбида тантала или карбида ниобия. В то же время прочность также повышается за счет более высокой производительности резки. Он в основном используется для твердорежущих материалов и прерывистой резки.
Базовый класс карбонизированного титана (YN) представляет собой твердый сплав с твердой фазой TiC, никеля и молибдена. Его преимуществами являются высокая твердость, антиадгезионная способность, защита от серповидного износа и антиокислительная способность. При температуре более 1000 градусов его еще можно обрабатывать. Он применим для непрерывной чистовой обработки легированной и закалочной стали.
модель | содержание никеля (мас.%) | плотность (г/см²) | твердость (HRA) | прочность на изгиб (≥Н/мм²) |
YN6 | 5,7-6,2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | 1800 г. |
YN8 | 7,7-8,2 | 14,4-14,8 | 87,5-90,0 | 2000 г. |
модель | содержание кобальта (мас.%) | плотность (г/см²) | твердость (HRA) | прочность на изгиб (≥Н/мм²) |
YG6 | 5,8-6,2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 г. |
YG8 | 7,8-8,2 | 14,5-14,9 | 88,0-90,5 | 1980 год |
YG12 | 11,7-12,2 | 13,9-14,5 | 87,5-89,5 | 2400 |
YG15 | 14,6-15,2 | 13,9-14,2 | 87,5-89,0 | 2480 |
YG20 | 19,6-20,2 | 13,4-13,7 | 85,5-88,0 | 2650 |
YG25 | 24,5-25,2 | 12,9-13,2 | 84,5-87,5 | 2850 |