Mechanické upchávkyzohrávajú veľmi dôležitú úlohu pri predchádzaní únikom v mnohých rôznych odvetviach. V námornom priemysle existujúmechanické upchávky čerpadla, mechanické upchávky rotujúcich hriadeľov. A v ropnom a plynárenskom priemysle existujúmechanické upchávky kazety,delené mechanické upchávky alebo suché plynové mechanické upchávky. V automobilovom priemysle existujú vodné mechanické upchávky. A v chemickom priemysle existujú mechanické upchávky miešadiel (mechanické upchávky miešadiel) a mechanické upchávky kompresorov.
V závislosti od rôznych podmienok použitia je potrebné mechanické tesnenie s rôznym materiálom. V... sa používa mnoho druhov materiálov...mechanické tesnenia hriadeľa ako sú keramické mechanické tesnenia, uhlíkové mechanické tesnenia, silikónovo-karbidové mechanické tesnenia,Mechanické upchávky SSIC aMechanické upchávky TC.
Keramické mechanické tesnenia
Keramické mechanické tesnenia sú kľúčovými komponentmi v rôznych priemyselných aplikáciách, ktoré sú určené na zabránenie úniku kvapalín medzi dvoma povrchmi, ako je napríklad rotujúci hriadeľ a stacionárne puzdro. Tieto tesnenia sú vysoko cenené pre svoju výnimočnú odolnosť voči opotrebovaniu, odolnosť voči korózii a schopnosť odolávať extrémnym teplotám.
Hlavnou úlohou keramických mechanických upchávok je udržiavať integritu zariadení tým, že zabraňujú strate alebo kontaminácii kvapalín. Používajú sa v mnohých odvetviach vrátane ropného a plynárenského priemyslu, chemického spracovania, úpravy vody, farmaceutického priemyslu a spracovania potravín. Rozšírené používanie týchto upchávok možno pripísať ich odolnej konštrukcii; sú vyrobené z pokročilých keramických materiálov, ktoré ponúkajú vynikajúce výkonnostné vlastnosti v porovnaní s inými tesniacimi materiálmi.
Keramické mechanické upchávky pozostávajú z dvoch hlavných komponentov: jednou je mechanická stacionárna plocha (zvyčajne vyrobená z keramického materiálu) a druhou je mechanická rotačná plocha (bežne vyrobená z uhlíkového grafitu). Tesniaci účinok nastáva, keď sú obe plochy stlačené k sebe silou pružiny, čím sa vytvorí účinná bariéra proti úniku kvapaliny. Počas prevádzky zariadenia mazací film medzi tesniacimi plochami znižuje trenie a opotrebenie a zároveň udržiava tesné utesnenie.
Jedným z kľúčových faktorov, ktorý odlišuje keramické mechanické upchávky od iných typov, je ich vynikajúca odolnosť voči opotrebovaniu. Keramické materiály majú vynikajúce vlastnosti tvrdosti, ktoré im umožňujú odolávať abrazívnym podmienkam bez výrazného poškodenia. Výsledkom sú dlhšie trvajúce upchávky, ktoré vyžadujú menej častú výmenu alebo údržbu ako upchávky vyrobené z mäkších materiálov.
Okrem odolnosti voči opotrebovaniu vykazuje keramika aj výnimočnú tepelnú stabilitu. Dokáže odolávať vysokým teplotám bez degradácie alebo straty tesniacej účinnosti. Vďaka tomu je vhodná na použitie vo vysokoteplotných aplikáciách, kde by iné tesniace materiály mohli predčasne zlyhať.
Keramické mechanické tesnenia napokon ponúkajú vynikajúcu chemickú kompatibilitu s odolnosťou voči rôznym korozívnym látkam. Vďaka tomu sú atraktívnou voľbou pre odvetvia, ktoré bežne pracujú s agresívnymi chemikáliami a kvapalinami.
Keramické mechanické tesnenia sú nevyhnutnétesnenia komponentovurčené na zabránenie úniku kvapalín v priemyselných zariadeniach. Ich jedinečné vlastnosti, ako je odolnosť proti opotrebovaniu, tepelná stabilita a chemická kompatibilita, z nich robia preferovanú voľbu pre rôzne aplikácie v rôznych odvetviach.
| fyzikálne vlastnosti keramiky | ||||
| Technický parameter | jednotka | 95 % | 99 % | 99,50 % |
| Hustota | g/cm3 | 3.7 | 3,88 | 3,9 |
| Tvrdosť | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Miera pórovitosti | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Lomová pevnosť | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Koeficient tepelnej rozťažnosti | 10(-6)/K | 5,5 | 5.3 | 5.2 |
| Tepelná vodivosť | W/MK | 27,8 | 26,7 | 26 |
Mechanické upchávky z uhlíkových vlákien
Mechanické uhlíkové tesnenie má dlhú históriu. Grafit je izoforma prvku uhlíka. V roku 1971 Spojené štáty úspešne študovali flexibilný grafitový mechanický tesniaci materiál, ktorý vyriešil problém úniku atómových energetických ventilov. Po hlbokom spracovaní sa flexibilný grafit stal vynikajúcim tesniacim materiálom, z ktorého sa vyrábajú rôzne uhlíkové mechanické tesnenia s účinkom tesniacich komponentov. Tieto uhlíkové mechanické tesnenia sa používajú v chemickom, ropnom a energetickom priemysle, napríklad na tesnenie kvapalín pri vysokých teplotách.
Pretože flexibilný grafit vzniká expanziou expandovaného grafitu po vysokej teplote, množstvo interkalačného činidla zostávajúceho v flexibilnom grafite je veľmi malé, ale nie úplne, takže prítomnosť a zloženie interkalačného činidla majú veľký vplyv na kvalitu a výkonnosť produktu.
Výber materiálu čelnej plochy uhlíkového tesnenia
Pôvodný vynálezca použil ako oxidačné činidlo a interkalačné činidlo koncentrovanú kyselinu sírovú. Po nanesení na tesnenie kovovej súčiastky sa však zistilo, že malé množstvo síry, ktoré zostalo v pružnom grafite, po dlhodobom používaní koroduje kontaktný kov. Vzhľadom na to sa niektorí domáci vedci pokúsili o jeho vylepšenie, napríklad Song Kemin, ktorý namiesto kyseliny sírovej zvolil kyselinu octovú a organickú kyselinu. Zmes kyseliny dusičnej a octovej sa vyrábala z kyseliny pomaly pôsobiacej v kyseline dusičnej a zníženej teploty na izbovú teplotu. Použitím zmesi kyseliny dusičnej a kyseliny octovej ako vkladacieho činidla sa pripravil expandovaný grafit bez síry s manganistanom draselným ako oxidačným činidlom a kyselina octová sa pomaly pridávala do kyseliny dusičnej. Teplota sa znížila na izbovú teplotu a vytvorila sa zmes kyseliny dusičnej a octovej. Potom sa do tejto zmesi pridal prírodný vločkový grafit a manganistan draselný. Za stáleho miešania sa teplota dosiahla na 30 °C. Po 40 minútach reakcie sa voda premyla do neutrálnej vody a vysušila sa pri teplote 50 až 60 °C a po expanzii pri vysokej teplote sa vytvoril expandovaný grafit. Táto metóda nedosahuje žiadnu vulkanizáciu za podmienky, že výrobok môže dosiahnuť určitý objem expanzie, aby sa dosiahla relatívne stabilná povaha tesniaceho materiálu.
| Typ | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Značka | Impregnované | Impregnované | Impregnovaný fenol | Antimónový uhlík (A) | |||||
| Hustota | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Lomová pevnosť | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Pevnosť v tlaku | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Tvrdosť | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Pórovitosť | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Teploty | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Mechanické upchávky z karbidu kremíka
Karbid kremíka (SiC), tiež známy ako karborundum, sa vyrába z kremenného piesku, ropného koksu (alebo uhoľného koksu), drevnej štiepky (ktorá sa musí pridať pri výrobe zeleného karbidu kremíka) atď. Karbid kremíka má tiež vzácny prírodný minerál, morušu. V súčasných žiaruvzdorných surovinách C, N, B a iných neoxidových high-tech je karbid kremíka jedným z najpoužívanejších a najekonomickejších materiálov, ktorý možno nazvať zlato-oceľový piesok alebo žiaruvzdorný piesok. V súčasnosti sa priemyselná výroba karbidu kremíka v Číne delí na čierny karbid kremíka a zelený karbid kremíka, pričom oba sú hexagonálne kryštály s pomerom 3,20 ~ 3,25 a mikrotvrdosťou 2840 ~ 3320 kg/m².
Výrobky z karbidu kremíka sa delia na mnoho druhov podľa rôznych aplikačných prostredí. Vo všeobecnosti sa používajú skôr mechanicky. Napríklad karbid kremíka je ideálnym materiálom pre mechanické tesnenia z karbidu kremíka kvôli svojej dobrej chemickej odolnosti proti korózii, vysokej pevnosti, vysokej tvrdosti, dobrej odolnosti proti opotrebovaniu, malému koeficientu trenia a vysokej teplotnej odolnosti.
Tesniace krúžky SIC možno rozdeliť na statické krúžky, pohyblivé krúžky, ploché krúžky atď. Kremík SiC sa môže podľa špeciálnych požiadaviek zákazníkov vyrábať do rôznych karbidových produktov, ako napríklad rotačný krúžok z karbidu kremíka, stacionárne sedlo z karbidu kremíka, puzdro z karbidu kremíka atď. Môže sa tiež použiť v kombinácii s grafitovým materiálom a jeho koeficient trenia je menší ako u keramiky z oxidu hlinitého a tvrdých zliatin, takže sa môže používať pri vysokých hodnotách PV, najmä v podmienkach silných kyselín a silných zásad.
Znížené trenie materiálu SIC je jednou z kľúčových výhod jeho použitia v mechanických upchávkach. SIC preto odoláva opotrebovaniu lepšie ako iné materiály, čím predlžuje životnosť upchávky. Okrem toho znížené trenie materiálu SIC znižuje potrebu mazania. Nedostatok mazania znižuje možnosť kontaminácie a korózie, čím sa zvyšuje účinnosť a spoľahlivosť.
SIC má tiež vynikajúcu odolnosť voči opotrebovaniu. To naznačuje, že vydrží nepretržité používanie bez toho, aby sa zhoršil alebo zlomil. Vďaka tomu je perfektným materiálom na použitie, ktoré vyžaduje vysokú úroveň spoľahlivosti a trvanlivosti.
Dá sa tiež prebrúsiť a vyleštiť, takže tesnenie je možné počas jeho životnosti niekoľkokrát renovovať. Vo všeobecnosti sa používa skôr mechanicky, napríklad v mechanických upchávkach pre svoju dobrú chemickú odolnosť voči korózii, vysokú pevnosť, vysokú tvrdosť, dobrú odolnosť proti opotrebovaniu, malý koeficient trenia a odolnosť voči vysokým teplotám.
Pri použití na mechanické tesniace plochy karbid kremíka vedie k zlepšenému výkonu, predĺženej životnosti tesnenia, nižším nákladom na údržbu a nižším prevádzkovým nákladom rotačných zariadení, ako sú turbíny, kompresory a odstredivé čerpadlá. Karbid kremíka môže mať rôzne vlastnosti v závislosti od spôsobu výroby. Reakčne spojený karbid kremíka vzniká vzájomným spájaním častíc karbidu kremíka v reakčnom procese.
Tento proces významne neovplyvňuje väčšinu fyzikálnych a tepelných vlastností materiálu, obmedzuje však jeho chemickú odolnosť. Najbežnejšie chemikálie, ktoré predstavujú problém, sú žieraviny (a iné chemikálie s vysokým pH) a silné kyseliny, a preto by sa reakčne viazaný karbid kremíka nemal v týchto aplikáciách používať.
Reakčne spekané infiltrovanékarbid kremíka. V takomto materiáli sa póry pôvodného materiálu SIC vyplnia v procese infiltrácie vypálením kovového kremíka, čím sa objaví sekundárny SiC a materiál získa výnimočné mechanické vlastnosti, stáva sa odolným voči opotrebovaniu. Vďaka minimálnemu zmršťovaniu sa môže použiť pri výrobe veľkých a zložitých dielov s prísnymi toleranciami. Obsah kremíka však obmedzuje maximálnu prevádzkovú teplotu na 1 350 °C, chemická odolnosť je tiež obmedzená na približne pH 10. Materiál sa neodporúča používať v agresívnom alkalickom prostredí.
SpekanéKarbid kremíka sa získava spekaním vopred stlačeného veľmi jemného granulátu SIC pri teplote 2000 °C za vzniku pevných väzieb medzi zrnami materiálu.
Najprv sa mriežka zhrubne, potom sa zníži pórovitosť a nakoniec sa väzby medzi zrnami spekajú. V procese takéhoto spracovania dochádza k výraznému zmršteniu výrobku – približne o 20 %.
Tesniaci krúžok SSIC je odolný voči všetkým chemikáliám. Keďže v jeho štruktúre nie je prítomný žiadny kovový kremík, možno ho používať pri teplotách až do 1600 °C bez ovplyvnenia jeho pevnosti
| vlastnosti | R-SiC | S-SiC |
| Pórovitosť (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Hustota (g/cm3) | 3,05 | 3,1~3,15 |
| Tvrdosť | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Modul pružnosti (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Obsah SiC (%) | ≥85 % | ≥99 % |
| Obsah Si (%) | ≤15 % | 0,10 % |
| Pevnosť v ohybe (MPa) | ≥350 | 450 |
| Pevnosť v tlaku (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Koeficient tepelnej rozťažnosti (1/℃) | 4,5 × 10⁻⁶ | 4,3 × 10⁻⁶ |
| Tepelná odolnosť (v atmosfére) (℃) | 1300 | 1600 |
Mechanické tesnenie TC
Materiály z karbidu volfrámu sa vyznačujú vysokou tvrdosťou, pevnosťou, odolnosťou voči oderu a korózii. Sú známe ako „priemyselné zuby“. Vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam sa široko používajú vo vojenskom priemysle, leteckom priemysle, strojárstve, metalurgii, ropných vrtoch, elektronickej komunikácii, architektúre a ďalších oblastiach. Napríklad v čerpadlách, kompresoroch a miešadlách sa krúžky z karbidu volfrámu používajú ako mechanické tesnenia. Dobrá odolnosť voči oderu a vysoká tvrdosť ich robia vhodnými na výrobu opotrebovateľných dielov s vysokou teplotou, trením a koróziou.
Podľa chemického zloženia a charakteristík použitia možno TC rozdeliť do štyroch kategórií: volfrám-kobalt (YG), volfrám-titán (YT), volfrám-titán-tantal (YW) a karbid titánu (YN).
Tvrdá zliatina volfrámu a kobaltu (YG) sa skladá z WC a Co. Je vhodná na spracovanie krehkých materiálov, ako je liatina, neželezné kovy a nekovové materiály.
Stelit (YT) sa skladá z WC, TiC a Co. Vďaka pridaniu TiC do zliatiny sa zlepšila jej odolnosť proti opotrebovaniu, ale znížila sa pevnosť v ohybe, brúsny výkon a tepelná vodivosť. Vzhľadom na svoju krehkosť pri nízkych teplotách je vhodný iba na vysokorýchlostné rezanie všeobecných materiálov a nie na spracovanie krehkých materiálov.
Do zliatiny sa pridáva volfrám, titán, tantal (niób) a kobalt (YW) na zvýšenie tvrdosti, pevnosti a odolnosti voči oderu pri vysokých teplotách pomocou vhodného množstva karbidu tantalu alebo karbidu nióbu. Zároveň sa zlepšuje húževnatosť a celkový rezný výkon. Používa sa hlavne na rezanie tvrdých materiálov a prerušované rezanie.
Karbonizovaný titán základnej triedy (YN) je tvrdá zliatina s tvrdou fázou TiC, niklu a molybdénu. Jej výhody sú vysoká tvrdosť, odolnosť voči spájaniu, opotrebovaniu a oxidácii. Je možné ho obrábať aj pri teplote vyššej ako 1000 stupňov. Je vhodný na kontinuálne dokončovanie legovanej ocele a kalenie ocele.
| model | obsah niklu (hm.%) | hustota (g/cm²) | tvrdosť (HRA) | pevnosť v ohybe (≥N/mm²) |
| YN6 | 5,7 – 6,2 | 14,5 – 14,9 | 88,5 – 91,0 | 1800 |
| YN8 | 7,7 – 8,2 | 14,4 – 14,8 | 87,5 – 90,0 | 2000 |
| model | obsah kobaltu (hm.%) | hustota (g/cm²) | tvrdosť (HRA) | pevnosť v ohybe (≥N/mm²) |
| YG6 | 5,8 – 6,2 | 14,6 – 15,0 | 89,5 – 91,0 | 1800 |
| YG8 | 7,8 – 8,2 | 14,5 – 14,9 | 88,0 – 90,5 | 1980 |
| 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 |