Механічні ущільненнявідіграють дуже важливу роль у запобіганні витокам для багатьох різних галузей промисловості. У морській промисловості існуютьмеханічні ущільнення насоса, торцеві ущільнення обертового вала. А в нафтогазовій промисловості єкартриджні механічні ущільнення,розрізні механічні ущільнення або сухі газові механічні ущільнення. В автомобільній промисловості існують водяні механічні ущільнення. А в хімічній промисловості існують механічні ущільнення змішувачів (механічні ущільнення агітатора) та механічні ущільнення компресорів.
Залежно від різних умов використання, це вимагає механічного ущільнювального розчину з різного матеріалу. Існує багато видів матеріалів, що використовуються вмеханічні ущільнення валу такі як керамічні механічні ущільнення, вуглецеві механічні ущільнення, механічні ущільнення з карбіду силікону,Механічні ущільнення SSIC таМеханічні ущільнення TC.
Керамічні механічні ущільнення
Керамічні механічні ущільнення є критично важливими компонентами в різних промислових застосуваннях, призначеними для запобігання витоку рідин між двома поверхнями, такими як обертовий вал і нерухомий корпус. Ці ущільнення високо цінуються за їхню виняткову зносостійкість, стійкість до корозії та здатність витримувати екстремальні температури.
Основна роль керамічних механічних ущільнень полягає в підтримці цілісності обладнання шляхом запобігання втраті рідини або забрудненню. Вони використовуються в багатьох галузях промисловості, включаючи нафтогазову, хімічну переробку, очищення води, фармацевтичну та харчову промисловість. Широке використання цих ущільнень можна пояснити їхньою міцною конструкцією; вони виготовлені з передових керамічних матеріалів, які пропонують кращі експлуатаційні характеристики порівняно з іншими матеріалами ущільнень.
Керамічні механічні ущільнення складаються з двох основних компонентів: один – це механічна нерухома поверхня (зазвичай виготовлена з керамічного матеріалу), а інший – механічна обертова поверхня (зазвичай виготовлена з вуглецевого графіту). Герметизуюча дія відбувається, коли обидві поверхні стискаються разом за допомогою пружинної сили, створюючи ефективний бар'єр проти витоку рідини. Під час роботи обладнання мастильна плівка між ущільнювальними поверхнями зменшує тертя та знос, зберігаючи при цьому герметичність.
Одним із вирішальних факторів, що відрізняє керамічні механічні ущільнення від інших типів, є їхня видатна стійкість до зносу. Керамічні матеріали мають чудові властивості твердості, що дозволяє їм витримувати абразивні умови без значних пошкоджень. Це призводить до більш тривалого терміну служби ущільнень, які потребують рідшої заміни або обслуговування, ніж ущільнення, виготовлені з м'якших матеріалів.
Окрім зносостійкості, кераміка також демонструє виняткову термостабільність. Вона може витримувати високі температури без деградації та втрати ефективності герметизації. Це робить її придатною для використання в умовах високих температур, де інші ущільнювальні матеріали можуть передчасно вийти з ладу.
Зрештою, керамічні механічні ущільнення пропонують чудову хімічну сумісність та стійкість до різних агресивних речовин. Це робить їх привабливим вибором для галузей промисловості, які регулярно мають справу з агресивними хімікатами та рідинами.
Керамічні механічні ущільнення є важливимиущільнення компонентіврозроблені для запобігання витоку рідини в промисловому обладнанні. Їхні унікальні властивості, такі як зносостійкість, термостабільність та хімічна сумісність, роблять їх кращим вибором для різних застосувань у багатьох галузях промисловості
| фізичні властивості кераміки | ||||
| Технічний параметр | одиниця | 95% | 99% | 99,50% |
| Щільність | г/см3 | 3.7 | 3.88 | 3.9 |
| Твердість | HRA (Health Research Association) | 85 | 88 | 90 |
| Коефіцієнт пористості | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Міцність на розрив | МПа | 250 | 310 | 350 |
| Коефіцієнт теплового розширення | 10(-6)/К | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Теплопровідність | В/МК | 27.8 | 26,7 | 26 |
Вуглецеві механічні ущільнення
Механічне вуглецеве ущільнення має довгу історію. Графіт є ізоформою елемента вуглецю. У 1971 році в Сполучених Штатах було досліджено успішний гнучкий графітовий матеріал для механічного ущільнення, який вирішив проблему витоку атомної енергії з клапана. Після глибокої обробки гнучкий графіт стає чудовим ущільнювальним матеріалом, з якого виготовляються різні вуглецеві механічні ущільнення з ефектом герметизації компонентів. Ці вуглецеві механічні ущільнення використовуються в хімічній, нафтовій та електроенергетичній промисловості, наприклад, для ущільнення високотемпературних рідин.
Оскільки гнучкий графіт утворюється внаслідок розширення розширеного графіту під дією високої температури, кількість інтеркаляційного агента, що залишається в гнучкому графіті, дуже мала, але не повністю, тому наявність та склад інтеркаляційного агента мають великий вплив на якість та експлуатаційні характеристики продукту.
Вибір матеріалу для ущільнення карбону
Спочатку винахідник використовував концентровану сірчану кислоту як окислювач та інтеркалюючий агент. Однак, після нанесення на ущільнення металевого компонента, невелика кількість сірки, що залишилася в гнучкому графіті, виявилася корозією контактного металу після тривалого використання. З огляду на це, деякі вітчизняні вчені намагалися вдосконалити його, такі як Сун Кемін, який обрав оцтову кислоту та органічну кислоту замість сірчаної кислоти. Кислоту, повільно розчиняючи в азотній кислоті, та знижуючи температуру до кімнатної температури, виготовляли із суміші азотної та оцтової кислот. Використовуючи суміш азотної та оцтової кислот як вставляючий агент, готували безсірчастий розширений графіт з перманганатом калію як окислювачем, а оцтову кислоту повільно додавали до азотної кислоти. Температуру знижували до кімнатної температури та готували суміш азотної та оцтової кислот. Потім до цієї суміші додавали природний лускатий графіт та перманганат калію. При постійному перемішуванні температура становила 30°C. Після 40 хвилин реакції воду промивали до нейтральної реакції та сушили при 50~60°C, а після розширення за високої температури готували розширений графіт. Цей метод не передбачає вулканізації за умови, що продукт може досягти певного об'єму розширення, що забезпечує відносно стабільний характер герметизуючого матеріалу.
| Тип | М106Н | М120Н | М106К | М120К | М106Ф | М120Ф | М106Д | М120Д | М254Д |
| Бренд | Просочено | Просочено | Просочений фенол | Сурма вуглець (A) | |||||
| Щільність | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Міцність на розлом | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Міцність на стиск | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Твердість | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Пористість | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Температури | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Механічні ущільнення з карбіду кремнію
Карбід кремнію (SiC) також відомий як карборунд, який виготовляється з кварцового піску, нафтового коксу (або вугільного коксу), деревної тріски (яку необхідно додавати при виробництві зеленого карбіду кремнію) тощо. Карбід кремнію також містить рідкісний мінерал у природі – шовковицю. У сучасній високотехнологічній вогнетривкій сировині C, N, B та інших неоксидних матеріалів карбід кремнію є одним з найбільш широко використовуваних та економічних матеріалів, який можна назвати золотим сталевим піском або вогнетривким піском. Наразі промислове виробництво карбіду кремнію в Китаї поділяється на чорний карбід кремнію та зелений карбід кремнію, обидва з яких являють собою гексагональні кристали з пропорцією 3,20 ~ 3,25 та мікротвердістю 2840 ~ 3320 кг/м².
Вироби з карбіду кремнію класифікуються на багато видів залежно від різних умов застосування. Зазвичай вони використовуються більше в механіці. Наприклад, карбід кремнію є ідеальним матеріалом для механічного ущільнення з карбіду кремнію завдяки своїй хорошій хімічній корозійній стійкості, високій міцності, високій твердості, хорошій зносостійкості, малому коефіцієнту тертя та високій термостійкості.
Ущільнювальні кільця SIC можна розділити на статичні кільця, рухомі кільця, плоскі кільця тощо. Карбід кремнію SiC може бути виготовлений у різні карбідні вироби, такі як обертове кільце з карбіду кремнію, стаціонарне сідло з карбіду кремнію, втулка з карбіду кремнію тощо, відповідно до спеціальних вимог замовників. Його також можна використовувати в поєднанні з графітовим матеріалом, а коефіцієнт тертя менший, ніж у глиноземної кераміки та твердого сплаву, тому його можна використовувати при високих значеннях фотоелектричного поля, особливо в умовах сильних кислот та сильних лугів.
Знижене тертя SIC є однією з ключових переваг його використання в механічних ущільненнях. Таким чином, SIC може краще протистояти зносу, ніж інші матеріали, що продовжує термін служби ущільнення. Крім того, знижене тертя SIC зменшує потребу в мастилі. Відсутність мастила зменшує можливість забруднення та корозії, підвищуючи ефективність та надійність.
SIC також має високу стійкість до зносу. Це свідчить про те, що він може витримувати безперервне використання без погіршення стану та руйнування. Завдяки цьому він є ідеальним матеріалом для застосувань, що вимагають високого рівня надійності та довговічності.
Його також можна повторно шліфувати та полірувати, тому ущільнення можна відновлювати кілька разів протягом терміну служби. Зазвичай його використовують частіше в механічних цілях, наприклад, у механічних ущільненнях, завдяки його хорошій стійкості до хімічної корозії, високій міцності, високій твердості, хорошій зносостійкості, малому коефіцієнту тертя та високій термостійкості.
Використовуючи карбід кремнію для торцевих ущільнень, він покращує продуктивність, збільшує термін служби ущільнення, знижує витрати на технічне обслуговування та експлуатацію обертового обладнання, такого як турбіни, компресори та відцентрові насоси. Карбід кремнію може мати різні властивості залежно від способу його виготовлення. Реакційно зв'язаний карбід кремнію утворюється шляхом з'єднання частинок карбіду кремнію одна з одною в процесі реакції.
Цей процес суттєво не впливає на більшість фізичних та теплових властивостей матеріалу, проте обмежує його хімічну стійкість. Найпоширенішими хімічними речовинами, що створюють проблеми, є каустики (та інші хімічні речовини з високим pH) та сильні кислоти, тому реакційно-зв'язаний карбід кремнію не слід використовувати в цих випадках.
Реакційно-спечений інфільтрованийкарбід кремнію. У такому матеріалі пори вихідного матеріалу SIC заповнюються в процесі інфільтрації шляхом випалювання металевого кремнію, таким чином з'являється вторинний SiC, і матеріал набуває виняткових механічних властивостей, стаючи зносостійким. Завдяки мінімальній усадці його можна використовувати у виробництві великих і складних деталей з жорсткими допусками. Однак вміст кремнію обмежує максимальну робочу температуру до 1350 °C, хімічна стійкість також обмежена приблизно pH 10. Матеріал не рекомендується для використання в агресивних лужних середовищах.
СпеченийКарбід кремнію отримують спіканням попередньо стиснутого дуже дрібного грануляту SIC за температури 2000 °C для утворення міцних зв'язків між зернами матеріалу.
Спочатку потовщується решітка, потім зменшується пористість, і нарешті спікаються зв'язки між зернами. У процесі такої обробки відбувається значна усадка виробу – приблизно на 20%.
Ущільнювальне кільце SSIC стійкий до всіх хімічних речовин. Оскільки в його структурі немає металевого кремнію, його можна використовувати за температур до 1600°C без шкоди для його міцності
| властивості | R-SiC | S-SiC |
| Пористість (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Густина (г/см3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Твердість | 110~125 (температура) | 2800 (кг/мм2) |
| Модуль пружності (ГПа) | ≥400 | ≥410 |
| Вміст SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Вміст Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Міцність на вигин (МПа) | ≥350 | 450 |
| Міцність на стиск (кг/мм2) | ≥2200 | 3900 |
| Коефіцієнт теплового розширення (1/℃) | 4,5×10⁻⁶ | 4,3×10⁻⁶ |
| Термостійкість (в атмосфері) (℃) | 1300 | 1600 |
Механічне ущільнення TC
Твердосплавні матеріали мають високу твердість, міцність, стійкість до стирання та корозії. Вони відомі як «промислові зуби». Завдяки своїм чудовим характеристикам вони широко використовуються у військовій промисловості, аерокосмічній промисловості, машинобудуванні, металургії, бурінні нафти, електронному зв'язку, архітектурі та інших галузях. Наприклад, у насосах, компресорах та мішалках кільця з карбіду вольфраму використовуються як механічні ущільнення. Гарна стійкість до стирання та висока твердість роблять їх придатними для виготовлення зносостійких деталей, стійких до високих температур, тертя та корозії.
За хімічним складом та характеристиками використання, ТК можна розділити на чотири категорії: вольфрам-кобальт (YG), вольфрам-титан (YT), вольфрам-титан-тантал (YW) та карбід титану (YN).
Твердий сплав вольфраму та кобальту (YG) складається з WC та Co. Він підходить для обробки крихких матеріалів, таких як чавун, кольорові метали та неметалеві матеріали.
Стеліт (YT) складається з WC, TiC та Co. Завдяки додаванню TiC до сплаву його зносостійкість покращується, але міцність на вигин, шліфувальні властивості та теплопровідність знижуються. Через свою крихкість за низьких температур він підходить лише для високошвидкісного різання загальних матеріалів, а не для обробки крихких матеріалів.
Вольфрам, титан, тантал (ніобій), кобальт (YW) додаються до сплаву для підвищення твердості, міцності та стійкості до стирання за високих температур завдяки додаванню відповідної кількості карбіду танталу або карбіду ніобію. Водночас покращується в'язкість та покращуються комплексні характеристики різання. Він в основному використовується для твердих матеріалів та періодичного різання.
Карбонізований титан базового класу (YN) – це твердий сплав із твердою фазою TiC, нікелю та молібдену. Його перевагами є висока твердість, стійкість до зчеплення, стійкість до серповидного зносу та стійкість до окислення. Він все ще піддається обробці при температурі понад 1000 градусів. Він застосовується для безперервної чистової обробки легованої сталі та загартованої сталі.
| модель | вміст нікелю (мас.%) | щільність (г/см²) | твердість (HRA) | міцність на вигин (≥Н/мм²) |
| YN6 | 5.7-6.2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | 1800 рік |
| YN8 | 7.7-8.2 | 14,4-14,8 | 87,5-90,0 | 2000 рік |
| модель | вміст кобальту (мас.%) | щільність (г/см²) | твердість (HRA) | міцність на вигин (≥Н/мм²) |
| YG6 | 5.8-6.2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 рік |
| YG8 | 7.8-8.2 | 14,5-14,9 | 88,0-90,5 | 1980 рік |
| 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 |