Выбор материала для уплотнения важен, поскольку он влияет на качество, срок службы и производительность системы, а также на снижение количества проблем в будущем. Здесь мы рассмотрим, как окружающая среда влияет на выбор материала уплотнения, а также рассмотрим некоторые наиболее распространённые материалы и области их применения, для которых они лучше всего подходят.
Факторы окружающей среды
При выборе конструкции и материала уплотнения решающее значение имеет среда, в которой оно будет эксплуатироваться. Уплотнительные материалы должны обладать рядом ключевых свойств, необходимых для любых условий эксплуатации, включая стабильность уплотнительной поверхности, способность проводить тепло, химическую стойкость и высокую износостойкость.
В некоторых средах эти свойства должны быть выше, чем в других. При выборе среды следует учитывать и другие свойства материала, такие как твёрдость, жёсткость, тепловое расширение, износ и химическую стойкость. Учёт этих свойств поможет вам подобрать идеальный материал для вашего уплотнения.
Окружающая среда также может определять, стоит ли отдавать приоритет стоимости или качеству уплотнения. Для абразивных и агрессивных сред уплотнения могут быть дороже, поскольку материалы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать такие условия.
В таких условиях затраты на высококачественное уплотнение со временем окупятся, поскольку это поможет предотвратить дорогостоящие простои, ремонты, восстановление или замену уплотнения, к которым приведет использование уплотнения более низкого качества. Однако в насосных установках с очень чистой жидкостью, обладающей смазывающими свойствами, можно приобрести более дешевое уплотнение вместо подшипников более высокого качества.
Распространенные уплотнительные материалы
Углерод
Углерод, используемый в уплотнительных поверхностях, представляет собой смесь аморфного углерода и графита, процентное содержание которых определяет физические свойства конечной марки углерода. Это инертный, стабильный материал, обладающий способностью к самосмазыванию.
Он широко используется в качестве одного из торцевых поверхностей механических уплотнений, а также является популярным материалом для сегментных кольцевых уплотнений и поршневых колец, работающих в условиях сухой смазки или с небольшим количеством смазки. Эту углеродно-графитовую смесь также можно пропитывать другими материалами для придания ей различных характеристик, таких как снижение пористости, повышение износостойкости или повышение прочности.
Уплотнение из термореактивного углерода, пропитанного смолой, является наиболее распространённым для механических уплотнений. Большинство пропитанных смолой углеродных материалов способны работать в широком диапазоне химических сред – от сильных оснований до сильных кислот. Они также обладают хорошими фрикционными свойствами и достаточным модулем упругости, что позволяет контролировать деформацию давления. Этот материал подходит для общих условий эксплуатации при температуре до 260°C (500°F) в воде, охлаждающих жидкостях, топливе, маслах, лёгких химических растворах, а также в пищевой и фармацевтической промышленности.
Уплотнения из углерода, пропитанного сурьмой, также доказали свою эффективность благодаря прочности и модулю упругости сурьмы, что делает её подходящей для применения в условиях высокого давления, где требуется более прочный и жёсткий материал. Эти уплотнения также более устойчивы к образованию пузырей при работе с высоковязкими жидкостями или лёгкими углеводородами, что делает её стандартным материалом для многих нефтеперерабатывающих заводов.
Углерод также может быть пропитан пленкообразователями, такими как фториды, для сухого хода, криогенных и вакуумных применений, или ингибиторами окисления, такими как фосфаты, для высокотемпературных, высокоскоростных и турбинных применений до 800 футов в секунду и около 537 °C (1000 °F).
Керамический
Керамика — это неорганический неметаллический материал, изготовленный из природных или синтетических соединений, чаще всего оксида алюминия. Керамика обладает высокой температурой плавления, высокой твёрдостью, износостойкостью и стойкостью к окислению, поэтому она широко используется в таких отраслях, как машиностроение, химическая, нефтяная, фармацевтическая и автомобильная промышленность.
Он также обладает превосходными диэлектрическими свойствами и широко используется для изготовления электроизоляторов, износостойких компонентов, шлифовальных тел и высокотемпературных компонентов. Оксид алюминия высокой чистоты обладает превосходной химической стойкостью к большинству технологических жидкостей, за исключением некоторых сильных кислот, что позволяет использовать его во многих механических уплотнениях. Однако оксид алюминия может легко разрушаться при термическом ударе, что ограничивает его применение в некоторых областях, где это может представлять проблему.
Карбид кремния получают путём сплавления кремния и кокса. По химическому составу он похож на керамику, но обладает лучшими смазывающими свойствами и более твёрдый, что делает его хорошим износостойким решением для суровых условий.
Его также можно притирать и полировать, что позволяет многократно восстанавливать уплотнение в течение его срока службы. Он, как правило, используется в механических изделиях, например, в торцевых уплотнениях, благодаря своей хорошей стойкости к химической коррозии, высокой прочности, твёрдости, износостойкости, низкому коэффициенту трения и стойкости к высоким температурам.
При использовании карбида кремния в торцевых уплотнениях улучшается производительность, увеличивается срок службы уплотнений, снижаются затраты на техническое обслуживание и эксплуатационные расходы вращающегося оборудования, такого как турбины, компрессоры и центробежные насосы. Свойства карбида кремния различаются в зависимости от способа его производства. Реакционно-связанный карбид кремния образуется путём связывания частиц карбида кремния в процессе реакции.
Этот процесс не оказывает существенного влияния на большинство физических и термических свойств материала, однако ограничивает его химическую стойкость. Наиболее распространёнными химическими веществами, вызывающими проблемы, являются едкие вещества (и другие вещества с высоким pH) и сильные кислоты, поэтому реакционно-связанный карбид кремния не следует использовать в этих областях.
Самоспекающийся карбид кремния получают путём непосредственного спекания частиц карбида кремния с использованием неоксидных спекающих добавок в инертной среде при температуре более 2000 °C. Благодаря отсутствию вторичного материала (например, кремния) материал, полученный прямым спеканием, химически стоек практически к любым жидкостям и условиям процесса, которые могут возникнуть в центробежном насосе.
Карбид вольфрама, как и карбид кремния, — весьма универсальный материал, но он больше подходит для работы под высоким давлением, поскольку обладает более высокой эластичностью, что позволяет ему лишь слегка изгибаться и предотвращать деформацию поверхности. Как и карбид кремния, его можно шлифовать и полировать.
Карбиды вольфрама чаще всего производятся в виде твердых сплавов, поэтому не требуется связывать карбид вольфрама между собой. Для связывания или цементирования частиц карбида вольфрама добавляется вторичный металл, в результате чего получается материал, сочетающий свойства карбида вольфрама и металлической связки.
Это преимущество было использовано для обеспечения большей прочности и ударной вязкости, чем при использовании одного карбида вольфрама. Одним из недостатков цементированного карбида вольфрама является его высокая плотность. Ранее использовался карбид вольфрама на кобальтовой связке, однако его постепенно заменил карбид вольфрама на никелевой связке из-за отсутствия необходимого для промышленности диапазона химической совместимости.
Карбид вольфрама, связанный никелем, широко используется для уплотнительных поверхностей, где требуются высокие прочностные характеристики и высокая ударная вязкость, а также обладает хорошей химической совместимостью, которая обычно ограничивается свободным никелем.
GFPTFE
GFPTFE обладает хорошей химической стойкостью, а добавленное стекло снижает трение уплотнительных поверхностей. Он идеально подходит для относительно чистых условий и дешевле других материалов. Доступны дополнительные варианты, позволяющие лучше адаптировать уплотнение к требованиям и условиям окружающей среды, что повышает его общие эксплуатационные характеристики.
Буна
Буна (также известный как нитрильный каучук) — экономичный эластомер для уплотнительных колец, герметиков и формованных изделий. Он хорошо известен своими механическими характеристиками и отлично подходит для применения в нефтяной, нефтехимической и химической промышленности. Благодаря своей жесткости он также широко используется в системах с сырой нефтью, водой, различными спиртами, силиконовыми смазками и гидравлическими жидкостями.
Поскольку буна представляет собой сополимер синтетического каучука, он хорошо себя проявляет в областях, где требуется адгезия к металлу и износостойкость, а его химический состав делает его идеальным материалом для герметиков. Кроме того, он выдерживает низкие температуры, поскольку обладает низкой стойкостью к кислотам и слабым щелочам.
Буна ограниченно применяется в условиях экстремальных факторов, таких как высокие температуры, погодные условия, солнечный свет и устойчивость к пару, а также не подходит для использования с дезинфицирующими средствами для безразборной мойки (CIP), содержащими кислоты и пероксиды.
ЭПДМ
EPDM — синтетический каучук, широко используемый в автомобильной, строительной и машиностроительной промышленности для изготовления уплотнителей, уплотнительных колец, трубок и шайб. Он дороже буна-каучука, но способен выдерживать различные термические, погодные и механические воздействия благодаря своей долговечной высокой прочности на разрыв. Он универсален и идеально подходит для использования в условиях, где присутствуют вода, хлор, отбеливатели и другие щелочные вещества.
Благодаря своим эластичным и адгезионным свойствам EPDM после растяжения возвращается к своей первоначальной форме независимо от температуры. EPDM не рекомендуется использовать в средах с нефтепродуктами, жидкостями, хлорированными углеводородами и углеводородными растворителями.
Витон
Витон — это долговечный, высокоэффективный фторированный углеводородный каучук, наиболее часто используемый для изготовления уплотнительных колец и уплотнений. Он дороже других резиновых материалов, но является предпочтительным вариантом для самых сложных и ответственных задач герметизации.
Устойчивый к озону, окислению и экстремальным погодным условиям, в том числе к таким материалам, как алифатические и ароматические углеводороды, галогенированные жидкости и сильные кислотные материалы, он является одним из наиболее прочных фторэластомеров.
Выбор правильного материала для герметизации важен для успешного применения. Хотя многие материалы для герметизации схожи, каждый из них служит различным целям, удовлетворяя конкретные потребности.
Время публикации: 12 июля 2023 г.