Mechanické ucpávkyhrají velmi důležitou roli v prevenci úniků v mnoha různých odvětvích. V námořním průmyslu existujímechanické ucpávky čerpadla, mechanické ucpávky rotujících hřídelí. A v ropném a plynárenském průmyslu existujímechanické ucpávky kazet,dělené mechanické ucpávky nebo suché plynové mechanické ucpávky. V automobilovém průmyslu existují vodní mechanické ucpávky. A v chemickém průmyslu existují mechanické ucpávky míchadel (mechanické ucpávky míchadel) a mechanické ucpávky kompresorů.
V závislosti na různých podmínkách použití je vyžadováno mechanické těsnění s různým materiálem. V... Používá se mnoho druhů materiálů...mechanické ucpávky hřídele jako jsou keramické mechanické ucpávky, uhlíkové mechanické ucpávky, silikonkarbidové mechanické ucpávky,Mechanické ucpávky SSIC aMechanické ucpávky TC.
Keramické mechanické ucpávky
Keramické mechanické ucpávky jsou klíčovými součástmi v různých průmyslových aplikacích, které jsou navrženy tak, aby zabránily úniku kapalin mezi dvěma povrchy, jako je rotující hřídel a stacionární pouzdro. Tato těsnění jsou vysoce ceněna pro svou výjimečnou odolnost proti opotřebení, korozi a schopnost odolávat extrémním teplotám.
Primární úlohou keramických mechanických těsnění je udržovat integritu zařízení tím, že zabraňují úniku nebo kontaminaci kapalin. Používají se v mnoha průmyslových odvětvích, včetně ropného a plynárenského průmyslu, chemického zpracování, úpravy vody, farmaceutického průmyslu a zpracování potravin. Široké použití těchto těsnění lze připsat jejich odolné konstrukci; jsou vyrobena z pokročilých keramických materiálů, které nabízejí vynikající výkonnostní vlastnosti ve srovnání s jinými těsnicími materiály.
Keramické mechanické ucpávky se skládají ze dvou hlavních součástí: jednou je mechanická stacionární plocha (obvykle vyrobená z keramického materiálu) a druhou je mechanická rotační plocha (běžně vyrobená z uhlíkového grafitu). Těsnicí účinek nastává, když jsou obě plochy stlačeny k sobě silou pružiny, čímž se vytvoří účinná bariéra proti úniku kapaliny. Během provozu zařízení mazací film mezi těsnicími plochami snižuje tření a opotřebení a zároveň udržuje těsné utěsnění.
Jedním z klíčových faktorů, které odlišují keramické mechanické ucpávky od jiných typů, je jejich vynikající odolnost proti opotřebení. Keramické materiály se vyznačují vynikající tvrdostí, která jim umožňuje odolávat abrazivním podmínkám bez výrazného poškození. Výsledkem jsou těsnění s delší životností, která vyžadují méně častou výměnu nebo údržbu než těsnění vyrobená z měkčích materiálů.
Kromě odolnosti proti opotřebení vykazuje keramika také výjimečnou tepelnou stabilitu. Dokáže odolat vysokým teplotám, aniž by docházelo k degradaci nebo ztrátě těsnicí účinnosti. Díky tomu je vhodná pro použití ve vysokoteplotních aplikacích, kde by jiné těsnicí materiály mohly předčasně selhat.
A konečně, keramické mechanické ucpávky nabízejí vynikající chemickou kompatibilitu s odolností vůči různým korozivním látkám. Díky tomu jsou atraktivní volbou pro průmyslová odvětví, která se běžně potýkají s agresivními chemikáliemi a kapalinami.
Keramické mechanické ucpávky jsou nezbytnétěsnění komponentůnavržené tak, aby zabránily úniku kapalin v průmyslových zařízeních. Jejich jedinečné vlastnosti, jako je odolnost proti opotřebení, tepelná stabilita a chemická kompatibilita, z nich činí preferovanou volbu pro různé aplikace v mnoha odvětvích
| fyzikální vlastnosti keramiky | ||||
| Technický parametr | jednotka | 95 % | 99 % | 99,50 % |
| Hustota | g/cm3 | 3.7 | 3,88 | 3,9 |
| Tvrdost | HRA (Health Relations Service) | 85 | 88 | 90 |
| Míra pórovitosti | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Lomová pevnost | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Součinitel tepelné roztažnosti | 10(-6)/K | 5,5 | 5.3 | 5.2 |
| Tepelná vodivost | W/MK | 27,8 | 26,7 | 26 |
Mechanické ucpávky z uhlíku
Mechanické uhlíkové těsnění má dlouhou historii. Grafit je izoforma prvku uhlíku. V roce 1971 Spojené státy studovaly úspěšný flexibilní grafitový mechanický těsnicí materiál, který vyřešil problém úniku atomových energetických ventilů. Po hlubokém zpracování se flexibilní grafit stává vynikajícím těsnicím materiálem, ze kterého se vyrábějí různá uhlíková mechanická těsnění s těsnicími prvky. Tato uhlíková mechanická těsnění se používají v chemickém, ropném a energetickém průmyslu, například pro vysokoteplotní těsnění kapalin.
Protože flexibilní grafit vzniká expanzí expandovaného grafitu po vysoké teplotě, množství interkalačního činidla zbývajícího v flexibilním grafitu je velmi malé, ale ne úplné, takže existence a složení interkalačního činidla má velký vliv na kvalitu a výkon produktu.
Výběr materiálu čelní plochy uhlíkového těsnění
Původní vynálezce používal jako oxidační činidlo a interkalační činidlo koncentrovanou kyselinu sírovou. Po aplikaci na těsnění kovové součásti se však zjistilo, že malé množství síry, které zůstalo v pružném grafitu, po dlouhodobém používání koroduje kontaktní kov. Vzhledem k tomuto bodu se někteří domácí vědci pokusili o jeho vylepšení, například Song Kemin, který zvolil kyselinu octovou a organickou kyselinu místo kyseliny sírové. Směs kyseliny dusičné a octové, která se pomalu aktivuje v kyselině dusičné a snižuje teplotu na pokojovou teplotu, vyrábí bezsirný expandovaný grafit s manganistanem draselným jako oxidačním činidlem a kyselinou octovou, která se pomalu přidává k kyselině dusičné. Teplota se sníží na pokojovou teplotu a vytvoří se směs kyseliny dusičné a octové. Poté se do této směsi přidá přírodní vločkový grafit a manganistan draselný. Za stálého míchání se teplota zvýší na 30 °C. Po 40 minutách reakce se promyje vodou do neutrálního stavu a suší se při 50~60 °C a po vysokoteplotní expanzi se vyrobí expandovaný grafit. Tato metoda nedosahuje vulkanizace za podmínky, že produkt může dosáhnout určitého objemu roztažnosti, aby se dosáhlo relativně stabilní povahy těsnicího materiálu.
| Typ | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Značka | Impregnované | Impregnované | Impregnovaný fenol | Antimonický uhlík (A) | |||||
| Hustota | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Lomová pevnost | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Pevnost v tlaku | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Tvrdost | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Pórovitost | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Teploty | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Mechanické ucpávky z karbidu křemíku
Karbid křemíku (SiC), také známý jako karborundum, se vyrábí z křemenného písku, ropného koksu (nebo uhelného koksu), dřevěných štěpků (které je třeba přidat při výrobě zeleného karbidu křemíku) atd. Karbid křemíku má také vzácný minerál, moruši. V současné době je karbid křemíku jedním z nejrozšířenějších a nejhospodárnějších materiálů v oblasti žáruvzdorných surovin C, N, B a dalších neoxidových high-tech, a proto je nazýván zlatým ocelovým pískem nebo žáruvzdorným pískem. V současné době se čínská průmyslová produkce karbidu křemíku dělí na černý karbid křemíku a zelený karbid křemíku, oba jsou hexagonální krystaly s poměrem 3,20 ~ 3,25 a mikrotvrdostí 2840 ~ 3320 kg/m².
Výrobky z karbidu křemíku se dělí na mnoho druhů podle různého aplikačního prostředí. Obecně se používají spíše v mechanickém průmyslu. Například karbid křemíku je ideálním materiálem pro mechanické těsnění z karbidu křemíku díky své dobré chemické odolnosti proti korozi, vysoké pevnosti, vysoké tvrdosti, dobré odolnosti proti opotřebení, malému koeficientu tření a vysoké teplotní odolnosti.
Těsnicí kroužky SIC lze rozdělit na statické kroužky, pohyblivé kroužky, ploché kroužky atd. Křemík SiC lze vyrábět do různých karbidových produktů, jako je rotační kroužek z karbidu křemíku, stacionární sedlo z karbidu křemíku, pouzdro z karbidu křemíku atd., dle zvláštních požadavků zákazníků. Lze jej také použít v kombinaci s grafitovým materiálem a jeho koeficient tření je menší než u keramiky z oxidu hlinitého a tvrdých slitin, takže jej lze použít při vysokých hodnotách PV, zejména v podmínkách silných kyselin a silných zásad.
Snížené tření u materiálu SIC je jednou z klíčových výhod jeho použití v mechanických ucpávkách. SIC proto lépe odolává opotřebení než jiné materiály, což prodlužuje životnost těsnění. Snížené tření u materiálu SIC navíc snižuje potřebu mazání. Nedostatek mazání snižuje možnost kontaminace a koroze, čímž zvyšuje účinnost a spolehlivost.
SIC má také skvělou odolnost proti opotřebení. To naznačuje, že vydrží nepřetržité používání bez zhoršení kvality nebo zlomení. Díky tomu je ideálním materiálem pro použití, která vyžadují vysokou úroveň spolehlivosti a trvanlivosti.
Lze jej také přebrousit a vyleštit, takže těsnění lze během jeho životnosti opakovaně renovovat. Obecně se používá spíše mechanicky, například v mechanických těsněních, pro svou dobrou chemickou odolnost proti korozi, vysokou pevnost, vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, malý koeficient tření a odolnost vůči vysokým teplotám.
Při použití pro mechanické ucpávky karbid křemíku vede ke zlepšení výkonu, prodloužení životnosti těsnění, nižším nákladům na údržbu a nižším provozním nákladům rotačních zařízení, jako jsou turbíny, kompresory a odstředivá čerpadla. Karbid křemíku může mít různé vlastnosti v závislosti na způsobu výroby. Reakční vazba karbidu křemíku vzniká vzájemným propojením částic karbidu křemíku v reakčním procesu.
Tento proces významně neovlivňuje většinu fyzikálních a tepelných vlastností materiálu, nicméně omezuje jeho chemickou odolnost. Nejčastějšími problematickými chemikáliemi jsou žíraviny (a další chemikálie s vysokým pH) a silné kyseliny, a proto by se reakční vazba karbidu křemíku neměla v těchto aplikacích používat.
Reakčním slinováním infiltrovanýkarbid křemíku. V takovém materiálu se póry původního materiálu SIC vyplní procesem infiltrace vypálením kovového křemíku, čímž se objeví sekundární SiC a materiál získává výjimečné mechanické vlastnosti, stává se odolným proti opotřebení. Díky minimálnímu smrštění jej lze použít při výrobě velkých a složitých dílů s úzkými tolerancemi. Obsah křemíku však omezuje maximální provozní teplotu na 1 350 °C, chemická odolnost je také omezena na přibližně pH 10. Materiál se nedoporučuje pro použití v agresivním alkalickém prostředí.
SlinutéKarbid křemíku se získává slinováním předem stlačeného velmi jemného granulátu SIC při teplotě 2000 °C za vzniku pevných vazeb mezi zrny materiálu.
Nejprve se mřížka ztlušťuje, poté se snižuje pórovitost a nakonec se vazby mezi zrny spékají. V procesu takového zpracování dochází k výraznému smrštění výrobku – asi o 20 %.
Těsnicí kroužek SSIC je odolný vůči všem chemikáliím. Protože v jeho struktuře není přítomen žádný kovový křemík, lze jej používat při teplotách až do 1600 °C, aniž by to ovlivnilo jeho pevnost.
| vlastnosti | R-SiC | S-SiC |
| Pórovitost (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Hustota (g/cm3) | 3,05 | 3,1~3,15 |
| Tvrdost | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Modul pružnosti (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Obsah SiC (%) | ≥85 % | ≥99 % |
| Obsah Si (%) | ≤15 % | 0,10 % |
| Pevnost v ohybu (MPa) | ≥350 | 450 |
| Pevnost v tlaku (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Součinitel tepelné roztažnosti (1/℃) | 4,5×10⁻⁶ | 4,3×10⁻⁶ |
| Tepelná odolnost (v atmosféře) (℃) | 1300 | 1600 |
Mechanická ucpávka TC
Materiály z karbidu wolframu se vyznačují vysokou tvrdostí, pevností, odolností proti oděru a korozi. Jsou známé jako „průmyslové zuby“. Díky svým vynikajícím vlastnostem se široce používají ve vojenském průmyslu, leteckém průmyslu, strojírenství, metalurgii, ropných vrtech, elektronické komunikaci, architektuře a dalších oblastech. Například v čerpadlech, kompresorech a míchadlech se kroužky z karbidu wolframu používají jako mechanická těsnění. Dobrá odolnost proti oděru a vysoká tvrdost je činí vhodnými pro výrobu otěruvzdorných dílů s vysokou teplotou, třením a korozí.
Podle chemického složení a charakteristik použití lze TC rozdělit do čtyř kategorií: wolfram-kobalt (YG), wolfram-titan (YT), wolfram-titan-tantal (YW) a karbid titanu (YN).
Tvrdá slitina wolframu a kobaltu (YG) se skládá z WC a Co. Je vhodná pro zpracování křehkých materiálů, jako je litina, neželezné kovy a nekovové materiály.
Stelit (YT) se skládá z WC, TiC a Co. Díky přidání TiC do slitiny se sice zlepšila její odolnost proti opotřebení, ale snížila se pevnost v ohybu, brusný výkon a tepelná vodivost. Vzhledem ke své křehkosti za nízkých teplot je vhodný pouze pro vysokorychlostní řezání běžných materiálů, nikoli pro zpracování křehkých materiálů.
Do slitiny se přidává wolfram, titan, tantal (niob), kobalt (YW) pro zvýšení tvrdosti za vysokých teplot, pevnosti a odolnosti proti oděru pomocí vhodného množství karbidu tantalu nebo karbidu niobu. Zároveň se zlepšuje houževnatost a celkový řezný výkon. Používá se hlavně pro řezání tvrdých materiálů a přerušované řezání.
Karbonizovaný titan základní třídy (YN) je tvrdá slitina s tvrdou fází TiC, niklu a molybdenu. Jejími výhodami jsou vysoká tvrdost, odolnost proti vázání, opotřebení a oxidaci. Je stále obrábětelný i při teplotě vyšší než 1000 stupňů. Je vhodný pro kontinuální dokončování legované oceli a kalení oceli.
| model | obsah niklu (hm. %) | hustota (g/cm²) | tvrdost (HRA) | pevnost v ohybu (≥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) | tvrdost (HRA) | pevnost v ohybu (≥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 |