Механични уплътненияиграят много важна роля за предотвратяване на течове в много различни индустрии. В морската индустрия имамеханични уплътнения на помпата, механични уплътнения на въртящи се валове. А в нефтената и газовата промишленост имамеханични уплътнения с патрони,разделени механични уплътнения или сухи газови механични уплътнения. В автомобилната промишленост има водни механични уплътнения. А в химическата промишленост има механични уплътнения на миксери (механични уплътнения на бъркалки) и механични уплътнения на компресори.
В зависимост от различните условия на употреба, това изисква механично уплътнение с различен материал. Има много видове материали, използвани вмеханични уплътнения на вала като керамични механични уплътнения, въглеродни механични уплътнения, силиконово-карбидни механични уплътнения,SSIC механични уплътнения иTC механични уплътнения.
Керамични механични уплътнения
Керамичните механични уплътнения са критични компоненти в различни индустриални приложения, предназначени да предотвратят изтичане на течности между две повърхности, като например въртящ се вал и неподвижен корпус. Тези уплътнения са високо ценени заради изключителната си износоустойчивост, устойчивост на корозия и способността си да издържат на екстремни температури.
Основната роля на керамичните механични уплътнения е да поддържат целостта на оборудването, като предотвратяват загуба на течности или замърсяване. Те се използват в множество индустрии, включително нефт и газ, химическа преработка, пречистване на вода, фармацевтика и хранително-вкусова промишленост. Широкото използване на тези уплътнения може да се обясни с тяхната издръжлива конструкция; те са изработени от усъвършенствани керамични материали, които предлагат превъзходни експлоатационни характеристики в сравнение с други уплътнителни материали.
Керамичните механични уплътнения се състоят от два основни компонента: единият е механична неподвижна повърхност (обикновено изработена от керамичен материал), а другият е механична въртяща се повърхност (обикновено изработена от въглероден графит). Уплътнителното действие се получава, когато двете повърхности се притиснат една към друга с помощта на пружинна сила, създавайки ефективна бариера срещу изтичане на течност. Докато оборудването работи, смазочният филм между уплътнителните повърхности намалява триенето и износването, като същевременно поддържа плътно уплътнение.
Един решаващ фактор, който отличава керамичните механични уплътнения от другите видове, е тяхната изключителна устойчивост на износване. Керамичните материали притежават отлични свойства на твърдост, които им позволяват да издържат на абразивни условия без значителни повреди. Това води до по-дълготрайни уплътнения, които изискват по-рядка подмяна или поддръжка в сравнение с тези, изработени от по-меки материали.
В допълнение към износоустойчивостта, керамиката показва и изключителна термична стабилност. Тя може да издържи на високи температури, без да се влоши или да загуби своята уплътнителна ефективност. Това я прави подходяща за употреба във високотемпературни приложения, където други уплътнителни материали биха могли да се повредят преждевременно.
И накрая, керамичните механични уплътнения предлагат отлична химическа съвместимост, с устойчивост на различни корозивни вещества. Това ги прави привлекателен избор за индустрии, които рутинно работят с агресивни химикали и течности.
Керамичните механични уплътнения са от съществено значениеуплътнения на компонентипроектирани да предотвратяват изтичане на течности в промишлено оборудване. Техните уникални свойства, като износоустойчивост, термична стабилност и химическа съвместимост, ги правят предпочитан избор за различни приложения в множество индустрии.
| физически свойства на керамиката | ||||
| Технически параметър | единица | 95% | 99% | 99,50% |
| Плътност | г/см3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Твърдост | Здравна администрация (HRA) | 85 | 88 | 90 |
| Степен на порьозност | % | 0,4 | 0.2 | 0,15 |
| Якост на счупване | МПа | 250 | 310 | 350 |
| Коефициент на топлинно разширение | 10(-6)/К | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Топлопроводимост | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Карбонови механични уплътнения
Механичното въглеродно уплътнение има дълга история. Графитът е изоформа на елемента въглерод. През 1971 г. в Съединените щати е проведено успешно проучване на гъвкав графитен механичен уплътнителен материал, който решава проблема с течовете от атомни енергийни клапани. След дълбока обработка, гъвкавият графит се превръща в отличен уплътнителен материал, от който се произвеждат различни въглеродни механични уплътнения с ефект на уплътняващи компоненти. Тези въглеродни механични уплътнения се използват в химическата, петролната и електроенергийната промишленост, например за уплътнения на флуиди при високи температури.
Тъй като гъвкавият графит се образува чрез разширяване на експандирания графит след висока температура, количеството интеркалиращ агент, оставащо в гъвкавия графит, е много малко, но не напълно, така че наличието и съставът на интеркалиращия агент оказват голямо влияние върху качеството и производителността на продукта.
Избор на материал за лицева страна на въглеродното уплътнение
Първоначалният изобретател е използвал концентрирана сярна киселина като окислител и интеркалиращ агент. След прилагане върху уплътнението на метален компонент обаче е установено, че малко количество сяра, останало в гъвкавия графит, корозира контактния метал след продължителна употреба. С оглед на това, някои местни учени са се опитали да го подобрят, като например Сонг Кемин, който е избрал оцетна киселина и органична киселина вместо сярна киселина. Бавно разтворима азотна киселина и понижаване на температурата до стайна температура, се приготвят от смес от азотна киселина и оцетна киселина. Чрез използване на смес от азотна киселина и оцетна киселина като вложващ агент, е приготвен експандиран графит без сяра с калиев перманганат като окислител и бавно се добавя оцетна киселина към азотната киселина. Температурата се понижава до стайна температура и се получава смес от азотна киселина и оцетна киселина. След това към тази смес се добавят естествен люспест графит и калиев перманганат. При постоянно разбъркване температурата е 30°C. След 40 минути реакция, водата се промива до неутрална температура и се суши при 50~60°C, а след разширяване при висока температура се получава експандираният графит. Този метод не постига вулканизация, при условие че продуктът може да достигне определен обем на разширение, така че да се постигне относително стабилен характер на уплътнителния материал.
| Тип | М106Н | М120Н | М106К | М120К | М106Ф | М120Ф | М106Д | М120Д | М254Д |
| Марка | Импрегниран | Импрегниран | Импрегниран фенол | Антимон въглерод (A) | |||||
| Плътност | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 1.75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Фрактурна якост | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Якост на натиск | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Твърдост | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Порьозност | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Температури | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Механични уплътнения от силициев карбид
Силициевият карбид (SiC), известен още като карборунд, се произвежда от кварцов пясък, нефтен кокс (или въглищен кокс), дървесни стърготини (които трябва да се добавят при производството на зелен силициев карбид) и т.н. Силициевият карбид има и рядък минерал в природата - черница. В съвременните C, N, B и други неоксидни високотехнологични огнеупорни суровини, силициевият карбид е един от най-широко използваните и икономични материали, който може да се нарече златен стоманен пясък или огнеупорен пясък. В момента промишленото производство на силициев карбид в Китай е разделено на черен силициев карбид и зелен силициев карбид, като и двата са шестоъгълни кристали с пропорция 3,20 ~ 3,25 и микротвърдост 2840 ~ 3320 kg/m².
Продуктите от силициев карбид се класифицират в много видове според различните условия на приложение. Обикновено се използват по-скоро в механичните процеси. Например, силициевият карбид е идеален материал за механично уплътнение от силициев карбид поради добрата си химическа устойчивост на корозия, висока якост, висока твърдост, добра износоустойчивост, малък коефициент на триене и устойчивост на висока температура.
Уплътнителните пръстени SIC могат да бъдат разделени на статични пръстени, подвижни пръстени, плоски пръстени и т.н. SiC силицийът може да бъде произведен в различни карбидни продукти, като например въртящ се пръстен от силициев карбид, стационарен седло от силициев карбид, втулка от силициев карбид и т.н., според специалните изисквания на клиентите. Може да се използва и в комбинация с графитен материал, а коефициентът му на триене е по-малък от този на алуминиевата керамика и твърдите сплави, така че може да се използва при високи PV стойности, особено в условия на силни киселини и силни основи.
Намаленото триене на SIC е едно от ключовите предимства на използването му в механични уплътнения. Следователно SIC може да издържи на износване по-добре от други материали, удължавайки живота на уплътнението. Освен това, намаленото триене на SIC намалява нуждата от смазване. Липсата на смазване намалява възможността от замърсяване и корозия, подобрявайки ефективността и надеждността.
SIC също така има голяма устойчивост на износване. Това показва, че може да издържи на продължителна употреба, без да се влоши или счупи. Това го прави идеалният материал за приложения, които изискват високо ниво на надеждност и издръжливост.
Може също така да се шлифова и полира отново, така че уплътнението да може да се ремонтира многократно през целия си живот. Обикновено се използва по-механично, например в механични уплътнения, заради добрата си химическа устойчивост на корозия, висока якост, висока твърдост, добра износоустойчивост, малък коефициент на триене и устойчивост на висока температура.
Когато се използва за механични уплътнителни повърхности, силициевият карбид води до подобрена производителност, увеличен живот на уплътнението, по-ниски разходи за поддръжка и по-ниски експлоатационни разходи за въртящо се оборудване като турбини, компресори и центробежни помпи. Силициевият карбид може да има различни свойства в зависимост от начина на производство. Реакционно свързаният силициев карбид се образува чрез свързване на частици силициев карбид една с друга в реакционен процес.
Този процес не влияе съществено върху повечето физични и термични свойства на материала, но ограничава химическата му устойчивост. Най-често срещаните химикали, които представляват проблем, са каустики (и други химикали с високо pH) и силни киселини и следователно реакционно свързан силициев карбид не трябва да се използва в тези приложения.
Реакционно синтерован инфилтрирансилициев карбид. В такъв материал порите на оригиналния SIC материал се запълват в процеса на инфилтрация чрез изгаряне на метален силиций, като по този начин се появява вторичен SiC и материалът придобива изключителни механични свойства, ставайки износоустойчив. Поради минималното си свиване, той може да се използва в производството на големи и сложни части с тесни допуски. Съдържанието на силиций обаче ограничава максималната работна температура до 1350 °C, химическата устойчивост също е ограничена до около pH 10. Материалът не се препоръчва за употреба в агресивни алкални среди.
СинтерованоСилициевият карбид се получава чрез синтероване на предварително компресиран много фин SIC гранулат при температура от 2000 °C, за да се образуват здрави връзки между зърната на материала.
Първо решетката се удебелява, след това порьозността намалява и накрая връзките между зърната се синтероват. В процеса на такава обработка се получава значително свиване на продукта – с около 20%.
Уплътнителен пръстен SSIC Устойчив е на всички химикали. Тъй като в структурата му не присъства метален силиций, може да се използва при температури до 1600°C, без това да повлияе на здравината му.
| имоти | R-SiC | S-SiC |
| Порьозност (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Плътност (г/см3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Твърдост | 110~125 (HS) | 2800 (кг/мм2) |
| Модул на еластичност (GPa) | ≥400 | ≥410 |
| Съдържание на SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Съдържание на Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Якост на огъване (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Якост на натиск (кг/мм2) | ≥2200 | 3900 |
| Коефициент на топлинно разширение (1/℃) | 4,5×10⁻⁶ | 4,3×10⁻⁶ |
| Топлоустойчивост (в атмосферата) (℃) | 1300 | 1600 г. |
TC механично уплътнение
Волфрамовите карбидни материали се характеризират с висока твърдост, якост, устойчивост на износване и корозия. Известни са като „Индустриален зъб“. Благодарение на превъзходните си характеристики, те се използват широко във военната промишленост, аерокосмическата промишленост, машиностроенето, металургията, нефтения добив, електронните комуникации, архитектурата и други области. Например, в помпи, компресори и бъркалки, волфрамовите карбидни пръстени се използват като механични уплътнения. Добрата устойчивост на износване и високата твърдост ги правят подходящи за производството на износоустойчиви части с висока температура, триене и корозия.
Според химичния си състав и характеристиките на употреба, TC може да се раздели на четири категории: волфрам-кобалт (YG), волфрам-титан (YT), волфрам-титан-тантал (YW) и титанов карбид (YN).
Твърдата сплав от волфрам и кобалт (YG) е съставена от WC и Co. Подходяща е за обработка на крехки материали като чугун, цветни метали и неметални материали.
Стелитът (YT) се състои от WC, TiC и Co. Благодарение на добавянето на TiC към сплавта, нейната износоустойчивост се подобрява, но якостта на огъване, производителността на шлифоване и топлопроводимостта намаляват. Поради крехкостта си при ниски температури, той е подходящ само за високоскоростно рязане на общи материали, а не за обработка на крехки материали.
Волфрам, титан, тантал (ниобий) и кобалт (YW) се добавят към сплавта, за да се увеличи твърдостта, якостта и устойчивостта на износване при висока температура чрез подходящо количество танталов или ниобиев карбид. В същото време се подобрява и жилавостта, като се постигат по-добри цялостни режещи характеристики. Използва се главно за рязане на твърди материали и периодично рязане.
Карбонизираният титанов базов клас (YN) е твърда сплав с твърда фаза от TiC, никел и молибден. Неговите предимства са висока твърдост, антислепваща способност, анти-полумесечно износване и антиокислителна способност. При температура над 1000 градуса все още може да се обработва машинно. Приложим е за непрекъсната обработка на легирана стомана и закаляване на стомана.
| модел | съдържание на никел (тегл.%) | плътност (g/cm²) | твърдост (HRA) | якост на огъване (≥N/mm²) |
| 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. |
| модел | съдържание на кобалт (тегл.%) | плътност (g/cm²) | твърдост (HRA) | якост на огъване (≥N/mm²) |
| 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 г. |
| 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 |