Mechanické těsněníhrají velmi důležitou roli při zamezení úniku pro mnoho různých průmyslových odvětví. V námořním průmyslu existujímechanické ucpávky čerpadla, rotační hřídelové mechanické ucpávky. A v ropném a plynárenském průmyslu existujíkazetové mechanické ucpávky,dělené mechanické ucpávky nebo suché plynové mechanické ucpávky. V automobilovém průmyslu existují vodní mechanické ucpávky. A v chemickém průmyslu existují mechanické ucpávky mixérů (mechanické ucpávky míchadel) a mechanické ucpávky kompresorů.
V závislosti na různých podmínkách použití vyžaduje řešení mechanického těsnění s jiným materiálem. Existuje mnoho druhů materiálů používaných vmechanické ucpávky hřídele jako jsou keramické mechanické ucpávky, uhlíkové mechanické ucpávky, mechanické ucpávky z karbidu křemíku,Mechanické ucpávky SSIC aTC mechanické ucpávky.
Keramické mechanické ucpávky
Keramické mechanické ucpávky jsou kritickými součástmi v různých průmyslových aplikacích a jsou navrženy tak, aby zabránily úniku tekutin mezi dvěma povrchy, jako je rotující hřídel a stacionární pouzdro. Tato těsnění jsou vysoce ceněna pro svou mimořádnou odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a schopnost odolávat extrémním teplotám.
Primární úlohou keramických mechanických ucpávek je udržovat integritu zařízení tím, že brání ztrátě kapaliny nebo kontaminaci. Používají se v mnoha průmyslových odvětvích, včetně ropy a zemního plynu, chemického zpracování, úpravy vody, léčiv a zpracování potravin. Široké použití těchto těsnění lze přičíst jejich odolné konstrukci; jsou vyrobeny z pokročilých keramických materiálů, které nabízejí vynikající výkonnostní charakteristiky ve srovnání s jinými materiály těsnění.
Keramické mechanické ucpávky se skládají ze dvou hlavních součástí: jednou je mechanická stacionární plocha (obvykle vyrobená z keramického materiálu) a další je mechanická rotační plocha (běžně konstruovaná z uhlíkového grafitu). K utěsnění dochází, když jsou obě čela stlačena k sobě pomocí síly pružiny, čímž se vytvoří účinná bariéra proti úniku tekutiny. Během provozu zařízení snižuje mazací film mezi těsnicími plochami tření a opotřebení při zachování těsného utěsnění.
Jedním zásadním faktorem, který odlišuje keramické mechanické ucpávky od ostatních typů, je jejich vynikající odolnost proti opotřebení. Keramické materiály mají vynikající tvrdost, která jim umožňuje odolávat abrazivním podmínkám bez významného 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 mimořádnou tepelnou stabilitu. Mohou odolat vysokým teplotám, aniž by došlo k degradaci nebo ztrátě účinnosti těsnění. Díky tomu jsou vhodné 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. To z nich dělá atraktivní volbu pro průmyslová odvětví, která běžně pracují s agresivními chemikáliemi a agresivními kapalinami.
Keramické mechanické ucpávky jsou nezbytnétěsnění součástínavržený tak, aby zabránil 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 různých průmyslových odvětvích.
| fyzikální vlastnosti keramiky | ||||
| Technický parametr | jednotka | 95 % | 99 % | 99,50 % |
| Hustota | g/cm3 | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Tvrdost | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Míra pórovitosti | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Lomová pevnost | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Koeficient tepelné roztažnosti | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Tepelná vodivost | W/MK | 27.8 | 26.7 | 26 |
Karbonové mechanické ucpávky
Mechanické uhlíkové těsnění má dlouhou historii. Grafit je izoforma elementárního uhlíku. V roce 1971 Spojené státy studovaly úspěšný pružný grafitový mechanický těsnící materiál, který vyřešil únik ventilu atomové energie. Po hloubkovém zpracování se z pružného grafitu stává vynikající těsnící materiál, ze kterého se vyrábí různé uhlíkové mechanické ucpávky s efektem těsnících komponentů. Tyto uhlíkové mechanické ucpávky se používají v chemickém, ropném a elektroenergetickém průmyslu, jako je vysokoteplotní kapalinové těsnění.
Protože pružný grafit vzniká expanzí expandovaného grafitu po vysoké teplotě, množství interkalačního činidla zbývajícího v pružném grafitu je velmi malé, ale ne úplně, takže existence a složení interkalačního činidla má velký vliv na kvalitu a výkon produktu.
Výběr materiálu čela uhlíkového těsnění
Původní vynálezce používal koncentrovanou kyselinu sírovou jako oxidační a interkalační činidlo. Avšak po aplikaci na těsnění kovové součásti bylo zjištěno, že malé množství síry zbývající v pružném grafitu koroduje kontaktní kov po dlouhodobém používání. S ohledem na tento bod se ji někteří domácí učenci pokusili zlepšit, jako například Song Kemin, který zvolil kyselinu octovou a organickou kyselinu místo kyseliny sírové. kyselina, pomalu v kyselině dusičné, a snížit teplotu na pokojovou teplotu, vyrobené ze směsi kyseliny dusičné a kyseliny octové. Použitím směsi kyseliny dusičné a kyseliny octové jako vkládacího činidla byl připraven expandovaný grafit bez síry s manganistanem draselným jako oxidantem a kyselina octová byla pomalu přidávána do kyseliny dusičné. Teplota se sníží na teplotu místnosti a připraví se směs kyseliny dusičné a kyseliny octové. Poté se do této směsi přidá přírodní vločkový grafit a manganistan draselný. Za stálého míchání je teplota 30 C. Po 40 minutách reakce se voda promyje do neutrální reakce a suší se při 50~60 C a expandovaný grafit se vyrábí po vysokoteplotní expanzi. Tento způsob nedosahuje žádné vulkanizace za podmínky, že produkt může dosáhnout určitého objemu expanze, aby se dosáhlo relativně stabilní povahy těsnicího materiálu.
| Typ | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Značka | Impregnováno | Impregnováno | Impregnovaný fenol | antimon 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) je také známý jako karborundum, které se vyrábí z křemenného písku, ropného koksu (nebo uhelného koksu), dřevěných štěpků (které je třeba přidávat při výrobě zeleného karbidu křemíku) a tak dále. Karbid křemíku má také vzácný minerál v přírodě, moruše. V současných C, N, B a dalších neoxidových vysoce technologických žáruvzdorných surovinách je karbid křemíku jedním z nejpoužívanějších a nejhospodárnějších materiálů, který lze nazvat zlatý ocelový písek nebo žáruvzdorný písek. V současné době je průmyslová výroba karbidu křemíku v Číně rozdělena na černý karbid křemíku a zelený karbid křemíku, přičemž oba jsou šestihranné krystaly s podílem 3,20 ~ 3,25 a mikrotvrdostí 2840 ~ 3320 kg/m².
Produkty z karbidu křemíku jsou klasifikovány do mnoha druhů podle různých aplikačních prostředí. Obecně se používá spíše mechanicky. Například karbid křemíku je ideálním materiálem pro mechanickou ucpávku z karbidu křemíku, protože má dobrou odolnost proti chemické korozi, vysokou pevnost, vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, malý koeficient tření a odolnost vůči vysokým teplotám.
Těsnicí kroužky SIC lze rozdělit na statický kroužek, pohyblivý kroužek, plochý kroužek a tak dále. Z křemíku SiC lze vyrobit různé produkty z karbidu, jako je rotační kroužek z karbidu křemíku, stacionární sedlo z karbidu křemíku, pouzdro karbidu křemíku atd., podle speciálních požadavků zákazníků. Může být také použit v kombinaci s grafitovým materiálem a jeho koeficient tření je menší než aluminová keramika a tvrdá slitina, takže může být použit ve vysoké hodnotě PV, zejména ve stavu silné kyseliny a silné zásady.
Snížené tření SIC je jednou z klíčových výhod jeho použití v mechanických ucpávkách. SIC tedy odolává opotřebení lépe než jiné materiály a prodlužuje životnost těsnění. Snížené tření SIC navíc snižuje požadavky na mazání. Nedostatek mazání snižuje možnost kontaminace a koroze, zlepšuje účinnost a spolehlivost.
SIC má také velkou odolnost proti opotřebení. To znamená, že může vydržet nepřetržité používání, aniž by se zhoršilo nebo zlomilo. To z něj dělá perfektní materiál pro použití, která vyžadují vysokou úroveň spolehlivosti a odolnosti.
Může být také znovu lapováno a leštěno, takže těsnění může být během své životnosti několikrát renovováno. Obecně se používá spíše mechanicky, například v mechanických ucpávkách pro svou dobrou odolnost proti chemické korozi, vysokou pevnost, vysokou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení, malý koeficient tření a odolnost vůči vysokým teplotám.
Při použití pro mechanické ucpávky má karbid křemíku za následek zlepšený výkon, delší životnost těsnění, nižší náklady na údržbu a nižší provozní náklady pro rotační zařízení, jako jsou turbíny, kompresory a odstředivá čerpadla. Karbid křemíku může mít různé vlastnosti v závislosti na tom, jak byl vyroben. Reakčně vázaný karbid křemíku vzniká vzájemným vázáním částic karbidu křemíku v reakčním procesu.
Tento proces významně neovlivňuje většinu fyzikálních a tepelných vlastností materiálu, omezuje však chemickou odolnost materiálu. Nejběžnější chemikálie, které jsou problémem, jsou žíraviny (a další chemikálie s vysokým pH) a silné kyseliny, a proto by se v těchto aplikacích neměl používat karbid křemíku vázaný na reakci.
Reakčně sintrované infiltrovanékarbid křemíku. V takovém materiálu se v procesu infiltrace vypalováním kovového křemíku zaplní póry původního materiálu SIC, vzniká tak sekundární SiC a materiál získává výjimečné mechanické vlastnosti a 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 cca pH 10. Materiál se nedoporučuje používat v agresivním alkalickém prostředí.
Slinutékarbid křemíku se získává slinováním předem stlačeného velmi jemného granulátu SIC při teplotě 2000 °C za účelem vytvoření pevných vazeb mezi zrny materiálu.
Nejprve se mřížka zahustí, poté se sníží pórovitost a nakonec se spoje mezi zrny spékají. V procesu takového zpracování dochází k výraznému smrštění produktu – asi o 20 %.
SSIC těsnící kroužek je odolný vůči všem chemikáliím. Vzhledem k tomu, že v jeho struktuře není přítomen žádný kovový křemík, lze jej použít při teplotách až 1600 C bez ovlivnění jeho pevnosti
| 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) |
| Elastický modul (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 |
| Koeficient tepelné roztažnosti (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Tepelná odolnost (v atmosféře) (℃) | 1300 | 1600 |
TC mechanická ucpávka
Materiály TC se vyznačují vysokou tvrdostí, pevností, odolností proti otěru a odolností proti korozi. Je známý jako „průmyslový zub“. Díky svému vynikajícímu výkonu je široce používán ve vojenském průmyslu, letectví, mechanickém zpracování, metalurgii, těžbě ropy, elektronické komunikaci, architektuře a dalších oborech. Například u čerpadel, kompresorů a míchadel se jako mechanické těsnění používají kroužky z karbidu wolframu. Dobrá odolnost proti oděru a vysoká tvrdost jej činí vhodným pro výrobu dílů odolných proti opotřebení s vysokou teplotou, třením a korozí.
Podle chemického složení a vlastností 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.
Stellite (YT) se skládá z WC, TiC a Co. Díky přidání TiC do slitiny se zlepšila její odolnost proti opotřebení, ale snížila se pevnost v ohybu, brusný výkon a tepelná vodivost. Vzhledem ke své křehkosti při nízkých teplotách je vhodný pouze pro vysokorychlostní řezání obecných materiálů a nikoli pro zpracování křehkých materiálů.
Wolfram titan tantal (niob) kobalt (YW) se přidává do slitiny pro zvýšení tvrdosti při vysokých teplotách, pevnosti a odolnosti proti otěru pomocí vhodného množství karbidu tantalu nebo karbidu niobu. Současně se také zlepšila houževnatost s lepším komplexním řezným výkonem. Používá se především pro tvrdé řezné materiály a přerušované řezání.
Základní třída karbonizovaného titanu (YN) je tvrdá slitina s tvrdou fází TiC, niklu a molybdenu. Jeho předností je vysoká tvrdost, antiadhezivní schopnost, anti-srpkovité opotřebení a antioxidační schopnost. Při teplotě vyšší než 1000 stupňů se dá ještě obrábět. Je použitelný pro kontinuální dokončování legované oceli a oceli pro kalení.
| model | obsah niklu (% hmotn.) | 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 (% hmotn.) | 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 |