Mechanické tesneniazohrávajú veľmi dôležitú úlohu pri predchádzaní úniku v mnohých rôznych priemyselných odvetviach. V námornom priemysle existujúmechanické upchávky čerpadla, mechanické upchávky rotujúceho hriadeľa. A v ropnom a plynárenskom priemysle existujúkazetové mechanické upchávky,delené mechanické upchávky alebo suché plynové mechanické upchávky. V automobilovom priemysle existujú vodné mechanické tesnenia. A v chemickom priemysle existujú mechanické upchávky mixérov (mechanické upchávky miešadla) a mechanické upchávky kompresorov.
V závislosti od rôznych podmienok použitia si vyžaduje riešenie mechanického tesnenia s rôznym materiálom. Existuje mnoho druhov materiálov používaných vmechanické tesnenia hriadeľa ako sú keramické mechanické upchávky, uhlíkové mechanické upchávky, mechanické upchávky z karbidu kremíka,Mechanické upchávky SSIC aTC mechanické upchávky.
Keramické mechanické tesnenia
Keramické mechanické upchávky sú kritickými komponentmi v rôznych priemyselných aplikáciách, ktoré sú navrhnuté tak, aby zabránili úniku tekutín medzi dvoma povrchmi, ako je rotujúci hriadeľ a stacionárne puzdro. Tieto tesnenia sú vysoko cenené pre svoju výnimočnú odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti korózii a schopnosť odolávať extrémnym teplotám.
Primárnou úlohou keramických mechanických upchávok je udržiavať integritu zariadenia zabránením strate tekutín alebo kontaminácii. Používajú sa v mnohých priemyselných odvetviach vrátane ropy a zemného plynu, chemického spracovania, úpravy vody, liečiv a spracovania potravín. Široké používanie týchto tesnení možno pripísať ich odolnej konštrukcii; sú vyrobené z pokročilých keramických materiálov, ktoré ponúkajú vynikajúce výkonové charakteristiky v porovnaní s inými tesniacimi materiálmi.
Keramické mechanické upchávky pozostávajú z dvoch hlavných komponentov: jedna je mechanická stacionárna plocha (zvyčajne vyrobená z keramického materiálu) a druhá je mechanická rotačná plocha (bežne vyrobená z uhlíkového grafitu). K tesneniu dochádza, keď sú obe strany stlačené k sebe pomocou sily pružiny, čím sa vytvorí účinná bariéra proti úniku tekutiny. Počas prevádzky zariadenia mazací film medzi tesniacimi plochami znižuje trenie a opotrebovanie pri zachovaní tesného utesnenia.
Jedným kľúčovým faktorom, 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 tesnenia s dlhšou životnosťou, ktoré vyžadujú menej častú výmenu alebo údržbu ako tesnenia vyrobené z mäkších materiálov.
Okrem odolnosti proti opotrebeniu vykazuje keramika aj výnimočnú tepelnú stabilitu. Môžu odolávať vysokým teplotám bez toho, aby došlo k degradácii alebo strate účinnosti tesnenia. Vďaka tomu sú vhodné na použitie vo vysokoteplotných aplikáciách, kde by iné tesniace materiály mohli predčasne zlyhať.
A nakoniec, keramické mechanické upchávky ponúkajú vynikajúcu chemickú kompatibilitu s odolnosťou voči rôznym korozívnym látkam. To z nich robí atraktívnu voľbu pre priemyselné odvetvia, ktoré bežne pracujú s drsnými chemikáliami a agresívnymi kvapalinami.
Nevyhnutné sú keramické mechanické upchávkytesnenia komponentovnavrhnuté tak, aby zabránili úniku tekutín v priemyselných zariadeniach. Ich jedinečné vlastnosti, ako je odolnosť proti opotrebovaniu, tepelná stabilita a chemická kompatibilita, z nich robia preferovanú voľbu pre rôzne aplikácie vo viacerých 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 |
Uhlíkové mechanické tesnenia
Mechanické karbónové tesnenie má dlhú históriu. Grafit je izoforma uhlíkového prvku. V roku 1971 USA študovali úspešný flexibilný grafitový mechanický tesniaci materiál, ktorý vyriešil únik ventilu atómovej energie. Po hĺbkovom spracovaní sa z pružného grafitu stáva výborný tesniaci materiál, z ktorého sa vyrábajú rôzne uhlíkové mechanické upchávky s efektom tesniacich komponentov. Tieto uhlíkové mechanické tesnenia sa používajú v chemickom, ropnom a elektroenergetickom priemysle, ako je vysokoteplotné kvapalinové tesnenie.
Pretože flexibilný grafit vzniká expanziou expandovaného grafitu po vysokej teplote, množstvo interkalačného činidla zostávajúceho v flexibilnom grafite je veľmi malé, ale nie úplne, takže existencia a zloženie interkalačného činidla má veľký vplyv na kvalitu a výkon produktu.
Výber materiálu čela uhlíkového tesnenia
Pôvodný vynálezca používal koncentrovanú kyselinu sírovú ako oxidačné a interkalačné činidlo. Po nanesení na tesnenie kovového komponentu sa však zistilo, že malé množstvo síry zostávajúce v pružnom grafite koroduje kontaktný kov po dlhodobom používaní. Vzhľadom na tento bod sa niektorí domáci vedci pokúsili vylepšiť, ako napríklad Song Kemin, ktorý si namiesto kyseliny sírovej vybral kyselinu octovú a organickú kyselinu. kyselina dusičná, pomaly v kyseline dusičnej a znížte teplotu na izbovú teplotu, vyrobená zo zmesi kyseliny dusičnej a kyseliny octovej. Použitím zmesi kyseliny dusičnej a kyseliny octovej ako vkladacieho činidla bol pripravený expandovaný grafit bez síry s manganistanom draselným ako oxidantom a kyselina octová bola pomaly pridaná do kyseliny dusičnej. Teplota sa zníži na teplotu miestnosti a pripraví sa zmes kyseliny dusičnej a kyseliny octovej. Potom sa k tejto zmesi pridá prírodný vločkový grafit a manganistan draselný. Za stáleho miešania je teplota 30 °C. Po 40 minútach reakcie sa voda premyje do neutrálnej reakcie a suší sa pri 50 až 60 °C a expandovaný grafit sa vyrába po expanzii pri vysokej teplote. Tento spôsob nedosahuje žiadnu vulkanizáciu za podmienky, že produkt môže dosiahnuť určitý objem expanzie, aby sa dosiahol relatívne stabilný charakter 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) je tiež známy ako karborundum, ktorý je vyrobený z kremenného piesku, ropného koksu (alebo uhoľného koksu), drevených triesok (ktoré je potrebné pridať pri výrobe zeleného karbidu kremíka) atď. Karbid kremíka má v prírode aj vzácny minerál, moruše. V súčasných C, N, B a iných neoxidových vysokotechnologických žiaruvzdorných surovinách je karbid kremíka jedným z najpoužívanejších a najhospodárnejších materiálov, ktorý možno nazvať zlatým oceľovým pieskom alebo žiaruvzdorným pieskom. V súčasnosti je priemyselná výroba karbidu kremíka v Číne rozdelená na čierny karbid kremíka a zelený karbid kremíka, pričom obidva sú šesťhranné kryštály s podielom 3,20 ~ 3,25 a mikrotvrdosťou 2840 ~ 3320 kg/m².
Produkty z karbidu kremíka sú rozdelené do mnohých druhov podľa rôznych aplikačných prostredí. Vo všeobecnosti sa používa skôr mechanicky. Napríklad karbid kremíka je ideálny materiál pre mechanické tesnenie z karbidu kremíka, pretože má dobrú odolnosť proti chemickej korózii, vysokú pevnosť, vysokú tvrdosť, dobrú odolnosť proti opotrebovaniu, malý koeficient trenia a odolnosť voči vysokej teplote.
Tesniace krúžky SIC možno rozdeliť na statický krúžok, pohyblivý krúžok, plochý krúžok atď. Kremík SiC môže byť vyrobený do rôznych produktov z karbidu, ako je rotačný krúžok z karbidu kremíka, stacionárne sedadlo z karbidu kremíka, puzdro z karbidu kremíka atď., Podľa špeciálnych požiadaviek zákazníkov. Môže sa použiť aj v kombinácii s grafitovým materiálom a jeho koeficient trenia je menší ako keramika z oxidu hlinitého a tvrdá zliatina, takže sa dá použiť pri vysokej hodnote PV, najmä v podmienkach silnej kyseliny a silných zásad.
Znížené trenie SIC je jednou z kľúčových výhod jeho použitia v mechanických upchávkach. SIC teda môže odolávať opotrebovaniu lepšie ako iné materiály, čím sa predlžuje životnosť tesnenia. Okrem toho znížené trenie SIC znižuje požiadavky na mazanie. Nedostatok mazania znižuje možnosť kontaminácie a korózie, zlepšuje účinnosť a spoľahlivosť.
SIC má tiež veľkú odolnosť proti opotrebovaniu. To naznačuje, že môže vydržať nepretržité používanie bez poškodenia alebo zlomenia. Vďaka tomu je ideálnym materiálom na použitie, ktoré si vyžaduje vysokú úroveň spoľahlivosti a odolnosti.
Dá sa tiež znovu lapovať a leštiť, takže tesnenie môže byť počas svojej životnosti niekoľkokrát renovované. Vo všeobecnosti sa používa viac mechanicky, napríklad v mechanických upchávkach pre svoju dobrú odolnosť proti chemickej korózii, vysokú pevnosť, vysokú tvrdosť, dobrú odolnosť proti opotrebovaniu, malý koeficient trenia a odolnosť voči vysokej teplote.
Pri použití pre mechanické tesnenia má karbid kremíka za následok zlepšený výkon, dlhšiu životnosť tesnenia, nižšie náklady na údržbu a nižšie prevádzkové náklady pre rotačné zariadenia, ako sú turbíny, kompresory a odstredivé čerpadlá. Karbid kremíka môže mať rôzne vlastnosti v závislosti od toho, ako bol vyrobený. Reakciou viazaný karbid kremíka vzniká vzájomným spájaním častíc karbidu kremíka v reakčnom procese.
Tento proces výrazne neovplyvňuje väčšinu fyzikálnych a tepelných vlastností materiálu, obmedzuje však chemickú odolnosť materiálu. Najbežnejšími chemikáliami, ktoré sú problémom, sú žieraviny (a iné chemikálie s vysokým pH) a silné kyseliny, a preto by sa pri týchto aplikáciách nemal používať karbid kremíka viazaný reakciou.
Reakčne sintrované infiltrovanékarbid kremíka. V takomto materiáli sa vypĺňajú póry pôvodného materiálu SIC v procese infiltrácie vyhorením kovového kremíka, vzniká tak sekundárny SiC a materiál získava výnimočné mechanické vlastnosti a stáva sa odolným voči opotrebovaniu. Vďaka minimálnemu zmršteniu je možné ho použiť pri výrobe veľkých a zložitých dielov s úzkymi toleranciami. Obsah kremíka však obmedzuje maximálnu prevádzkovú teplotu na 1 350 °C, chemická odolnosť je tiež obmedzená na cca 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, aby sa vytvorili pevné väzby medzi zrnami materiálu.
Najprv sa mriežka zahustí, potom sa zníži pórovitosť a nakoniec sa väzby medzi zrnami spekajú. V procese takéhoto spracovania dochádza k výraznému zmršteniu produktu – asi o 20 %.
SSIC tesniaci krúžok je odolný voči všetkým chemikáliám. Keďže v jeho štruktúre nie je prítomný žiadny kovový kremík, môže byť použitý 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 až 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 |
TC mechanická upchávka
Materiály TC sa vyznačujú vysokou tvrdosťou, pevnosťou, odolnosťou proti oderu a koróziou. Je známy ako „priemyselný zub“. Vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu je široko používaný vo vojenskom priemysle, leteckom a kozmickom priemysle, mechanickom spracovaní, metalurgii, ťažbe ropy, elektronickej komunikácii, architektúre a ďalších oblastiach. Napríklad v čerpadlách, kompresoroch a miešadlách sa krúžok z karbidu volfrámu používa ako mechanické tesnenie. Dobrá odolnosť proti oderu a vysoká tvrdosť ho predurčujú na výrobu dielov odolných voči opotrebovaniu s vysokou teplotou, trením a koróziou.
Podľa chemického zloženia a vlastností použitia možno TC rozdeliť do štyroch kategórií: volfrám kobalt (YG), volfrám-titán (YT), volfrám titán tantal (YW) a karbid titánu (YN).
Tvrdá zliatina kobaltu volfrámu (YG) je zložená z WC a spol. 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 opotrebeniu, ale znížila sa pevnosť v ohybe, brúsny výkon a tepelná vodivosť. Kvôli svojej krehkosti pri nízkej teplote je vhodný len na vysokorýchlostné rezanie všeobecných materiálov a nie na spracovanie krehkých materiálov.
Volfrám titán tantal (niób) kobalt (YW) sa pridáva do zliatiny na zvýšenie tvrdosti pri vysokej teplote, pevnosti a odolnosti proti oderu prostredníctvom vhodného množstva karbidu tantalu alebo karbidu nióbu. Súčasne sa tiež zlepšila húževnatosť s lepším komplexným rezným výkonom. Používa sa hlavne na tvrdé rezné materiály a prerušované rezanie.
Základná trieda karbonizovaného titánu (YN) je tvrdá zliatina s tvrdou fázou TiC, niklu a molybdénu. Jeho prednosťami je vysoká tvrdosť, antiadhézna schopnosť, anti-mesiačikové opotrebovanie a antioxidačná schopnosť. Pri teplote viac ako 1000 stupňov sa dá ešte opracovať. Je použiteľný na kontinuálne dokončovanie legovanej ocele a kalenej ocele.
| model | obsah niklu (% hmotn.) | 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 (% hmotn.) | 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 |