Механічныя ўшчыльненніадыгрываюць вельмі важную ролю ў прадухіленні ўцечак для многіх розных галін прамысловасці. У марской прамысловасці ёсцьмеханічныя ўшчыльненні помпы, механічныя ўшчыльненні круцільнага вала. А ў нафтагазавай прамысловасці ёсцькартрыджныя механічныя ўшчыльненні,разрэзныя механічныя ўшчыльненні або сухія газавыя механічныя ўшчыльненні. У аўтамабільнай прамысловасці існуюць вадзяныя механічныя ўшчыльненні. А ў хімічнай прамысловасці існуюць механічныя ўшчыльненні змяшальнікаў (механічныя ўшчыльненні агітатараў) і механічныя ўшчыльненні кампрэсараў.
У залежнасці ад розных умоў выкарыстання, патрабуецца механічнае ўшчыльненне з рознага матэрыялу. Існуе мноства відаў матэрыялаў, якія выкарыстоўваюцца ўмеханічныя ўшчыльненні вала такія як керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі, вугляродныя механічныя ўшчыльняльнікі, механічныя ўшчыльняльнікі з карбіду сілікону,Механічныя ўшчыльненні SSIC іМеханічныя ўшчыльненні TC.
Керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі
Керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі з'яўляюцца найважнейшымі кампанентамі ў розных прамысловых галінах, прызначанымі для прадухілення ўцечкі вадкасцей паміж дзвюма паверхнямі, такімі як круцільны вал і нерухомы корпус. Гэтыя ўшчыльняльнікі высока цэняцца за сваю выключную зносаўстойлівасць, каразійную стойкасць і здольнасць вытрымліваць экстрэмальныя тэмпературы.
Асноўная роля керамічных механічных ушчыльненняў заключаецца ў падтрыманні цэласнасці абсталявання шляхам прадухілення страты або забруджвання вадкасці. Яны выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці, у тым ліку ў нафтагазавай, хімічнай, водаачышчальнай, фармацэўтычнай і харчовай прамысловасці. Шырокае выкарыстанне гэтых ушчыльненняў можна растлумачыць іх трывалай канструкцыяй; яны вырабляюцца з перадавых керамічных матэрыялаў, якія забяспечваюць лепшыя эксплуатацыйныя характарыстыкі ў параўнанні з іншымі матэрыяламі ўшчыльненняў.
Керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі складаюцца з двух асноўных кампанентаў: адзін — гэта механічная нерухомая паверхня (звычайна вырабленая з керамічнага матэрыялу), а другі — механічная круцільная паверхня (звычайна вырабленая з вугляроднага графіту). Герметычнае дзеянне адбываецца, калі абедзве паверхні прыціскаюцца адна да адной з дапамогай сілы спружыны, ствараючы эфектыўны бар'ер супраць уцечкі вадкасці. Падчас працы абсталявання змазвальная плёнка паміж ушчыльняльнымі паверхнямі памяншае трэнне і знос, захоўваючы пры гэтым герметычнасць.
Адным з найважнейшых фактараў, які адрознівае керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі ад іншых тыпаў, з'яўляецца іх выдатная ўстойлівасць да зносу. Керамічныя матэрыялы валодаюць выдатнымі ўласцівасцямі цвёрдасці, якія дазваляюць ім вытрымліваць абразіўныя ўмовы без значных пашкоджанняў. Гэта прыводзіць да больш працяглага тэрміну службы ўшчыльненняў, якія патрабуюць радзей замены або абслугоўвання, чым ушчыльняльнікі, вырабленыя з больш мяккіх матэрыялаў.
Акрамя зносаўстойлівасці, кераміка таксама валодае выключнай тэрмаўстойлівасцю. Яна можа вытрымліваць высокія тэмпературы без дэградацыі або страты эфектыўнасці ўшчыльнення. Гэта робіць яе прыдатнай для выкарыстання ў высокатэмпературных умовах, дзе іншыя ўшчыльняльныя матэрыялы могуць заўчасна выйсці з ладу.
Нарэшце, керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі забяспечваюць выдатную хімічную сумяшчальнасць і ўстойлівасць да розных агрэсіўных рэчываў. Гэта робіць іх прывабным выбарам для галін прамысловасці, якія рэгулярна маюць справу з агрэсіўнымі хімічнымі рэчывамі і вадкасцямі.
Керамічныя механічныя ўшчыльняльнікі неабходныякампанентныя ўшчыльняльнікіпрызначаны для прадухілення ўцечкі вадкасці ў прамысловым абсталяванні. Іх унікальныя ўласцівасці, такія як зносаўстойлівасць, тэрмаўстойлівасць і хімічная сумяшчальнасць, робяць іх пераважным выбарам для розных ужыванняў у розных галінах прамысловасці.
| фізічныя ўласцівасці керамікі | ||||
| Тэхнічны параметр | адзінка | 95% | 99% | 99,50% |
| Шчыльнасць | г/см3 | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Цвёрдасць | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Паказчык парыстасці | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Трываласць на разлом | МПа | 250 | 310 | 350 |
| Каэфіцыент цеплавога пашырэння | 10(-6)/К | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Цеплаправоднасць | В/МК | 27,8 | 26,7 | 26 |
Вугляродныя механічныя ўшчыльненні
Механічнае вугляроднае ўшчыльненне мае даўнюю гісторыю. Графіт — гэта ізаформа элемента вугляроду. У 1971 годзе ў ЗША былі вывучаны паспяховыя метады механічнага ўшчыльнення з гнуткага графіту, якія вырашылі праблему ўцечкі атамнага энергетычнага клапана. Пасля глыбокай апрацоўкі гнуткі графіт становіцца выдатным герметызацыйным матэрыялам, з якога вырабляюцца розныя вугляродныя механічныя ўшчыльненні з эфектам герметызацыйных кампанентаў. Гэтыя вугляродныя механічныя ўшчыльненні выкарыстоўваюцца ў хімічнай, нафтавай і электраэнергетычнай прамысловасці, напрыклад, для ўшчыльнення пры высокіх тэмпературах вадкасцей.
Паколькі гнуткі графіт утвараецца ў выніку пашырэння пашыранага графіту пад уздзеяннем высокай тэмпературы, колькасць інтэркаляцыйнага агента, які застаецца ў гнуткім графіце, вельмі малая, але не цалкам, таму наяўнасць і склад інтэркаляцыйнага агента аказваюць вялікі ўплыў на якасць і характарыстыкі прадукту.
Выбар матэрыялу паверхні вугляроднага ўшчыльнення
Першапачатковы вынаходнік выкарыстаў канцэнтраваную серную кіслату ў якасці акісляльніка і інтэркалятара. Аднак пасля нанясення на ўшчыльненне металічнага кампанента невялікая колькасць серы, якая засталася ў гнуткім графіце, пры працяглым выкарыстанні выклікала карозію кантактнага металу. Улічваючы гэта, некаторыя айчынныя навукоўцы спрабавалі палепшыць яго, напрыклад, Сун Кэмін, які абраў воцатную кіслату і арганічную кіслату замест сернай кіслаты. Павольна растваральны ў азотнай кіслаце і паніжаны тэмпературу да пакаёвай тэмпературы, вырабляўся з сумесі азотнай і воцатнай кіслаты. Выкарыстоўваючы сумесь азотнай і воцатнай кіслаты ў якасці ўбудоўваючага агента, быў падрыхтаваны пашыраны графіт без серы з перманганатам калію ў якасці акісляльніка, і воцатная кіслата павольна дадавалася да азотнай кіслаты. Тэмпература зніжалася да пакаёвай тэмпературы, і атрымлівалася сумесь азотнай і воцатнай кіслаты. Затым да гэтай сумесі дадаваўся натуральны лускаваты графіт і перманганат калію. Пры пастаянным памешванні тэмпература дасягала 30°C. Пасля 40 хвілін рэакцыі прамывалі вадой да нейтральнай рэакцыі і сушылі пры тэмпературы 50~60°C, і пасля высокатэмпературнага пашырэння атрымлівалі пашыраны графіт. Гэты метад не дазваляе дасягнуць вулканізацыі пры ўмове, што прадукт можа дасягнуць пэўнага аб'ёму пашырэння, каб дасягнуць адносна стабільнага характару герметызацыйнага матэрыялу.
| Тып | М106Н | М120Н | М106К | М120К | М106Ф | М120Ф | М106Д | М120Д | М254Д |
| Брэнд | Прасякнуты | Прасякнуты | Прасякнуты фенол | Сурма-вуглярод (А) | |||||
| Шчыльнасць | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Трываласць на разлом | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Трываласць на сціск | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Цвёрдасць | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Парыстасць | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Тэмпература | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Механічныя ўшчыльняльнікі з карбіду крэмнію
Карбід крэмнію (SiC), таксама вядомы як карбарундум, вырабляецца з кварцавага пяску, нафтавага коксу (або вугальнага коксу), драўнянай шчэпкі (якую трэба дадаваць пры вытворчасці зялёнага карбіду крэмнію) і гэтак далей. У прыродзе карбід крэмнію таксама мае рэдкі мінерал — шаўкоўніцу. У сучасных C, N, B і іншых неаксідных высокатэхналагічных вогнетрывалых сыравінах карбід крэмнію з'яўляецца адным з найбольш шырока выкарыстоўваных і эканамічных матэрыялаў, які можна назваць залатым сталёвым пяском або вогнетрывалым пяском. У цяперашні час прамысловая вытворчасць карбіду крэмнію ў Кітаі падзяляецца на чорны карбід крэмнію і зялёны карбід крэмнію, абодва з якіх уяўляюць сабой шасцігранныя крышталі з прапорцыяй 3,20 ~ 3,25 і мікрацвёрдасцю 2840 ~ 3320 кг/м².
Прадукты з карбіду крэмнію класіфікуюцца на многія віды ў залежнасці ад умоў прымянення. Звычайна яны выкарыстоўваюцца часцей у механіцы. Напрыклад, карбід крэмнію з'яўляецца ідэальным матэрыялам для механічнага ўшчыльнення з карбіду крэмнію дзякуючы добрай хімічнай каразійнай устойлівасці, высокай трываласці, высокай цвёрдасці, добрай зносаўстойлівасці, малому каэфіцыенту трэння і высокай тэмпературнай устойлівасці.
Ушчыльняльныя кольцы SIC можна падзяліць на статычныя кольцы, рухомыя кольцы, плоскія кольцы і гэтак далей. Карбід крэмнію можа быць выраблены ў розныя карбідныя вырабы, такія як круцільнае кольца з карбіду крэмнію, стацыянарнае сядло з карбіду крэмнію, утулка з карбіду крэмнію і гэтак далей, у залежнасці ад спецыяльных патрабаванняў кліентаў. Ён таксама можа выкарыстоўвацца ў спалучэнні з графітавым матэрыялам, а яго каэфіцыент трэння меншы, чым у аксіду алюмінію, керамікі і цвёрдых сплаваў, таму яго можна выкарыстоўваць пры высокіх значэннях PV, асабліва ва ўмовах моцных кіслот і моцных шчолачаў.
Зніжэнне трэння SIC з'яўляецца адной з ключавых пераваг яго выкарыстання ў механічных ушчыльняльніках. Такім чынам, SIC лепш супрацьстаіць зносу, чым іншыя матэрыялы, што падаўжае тэрмін службы ўшчыльнення. Акрамя таго, зніжанае трэнне SIC памяншае патрэбу ў змазцы. Адсутнасць змазкі змяншае верагоднасць забруджвання і карозіі, павышаючы эфектыўнасць і надзейнасць.
SIC таксама мае выдатную ўстойлівасць да зносу. Гэта сведчыць аб тым, што ён можа вытрымліваць бесперапыннае выкарыстанне без пагаршэння якасці або разбурэння. Гэта робіць яго ідэальным матэрыялам для выкарыстання, дзе патрабуецца высокі ўзровень надзейнасці і даўгавечнасці.
Яго таксама можна перапрацаваць і паліраваць, таму ўшчыльненне можна аднаўляць некалькі разоў на працягу тэрміну службы. Звычайна ён выкарыстоўваецца часцей у механічных мэтах, напрыклад, у механічных ушчыльняльніках, дзякуючы добрай хімічнай каразійнай устойлівасці, высокай трываласці, высокай цвёрдасці, добрай зносаўстойлівасці, малому каэфіцыенту трэння і высокай тэмпературнай устойлівасці.
Пры выкарыстанні для механічных ушчыльняльнікаў карбід крэмнію паляпшае прадукцыйнасць, павялічвае тэрмін службы ўшчыльнення, зніжае выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне і эксплуатацыю круцільнага абсталявання, такога як турбіны, кампрэсары і цэнтрабежныя помпы. Карбід крэмнію можа мець розныя ўласцівасці ў залежнасці ад спосабу яго вырабу. Рэакцыйна звязаны карбід крэмнію ўтвараецца шляхам злучэння часціц карбіду крэмнію адна з адной у працэсе рэакцыі.
Гэты працэс не аказвае істотнага ўплыву на большасць фізічных і цеплавых уласцівасцей матэрыялу, аднак ён абмяжоўвае яго хімічную ўстойлівасць. Найбольш распаўсюджанымі хімічнымі рэчывамі, якія выклікаюць праблему, з'яўляюцца шчолачныя рэчывы (і іншыя хімічныя рэчывы з высокім pH) і моцныя кіслоты, таму рэакцыйна звязаны карбід крэмнію не павінен выкарыстоўвацца ў гэтых мэтах.
Рэакцыйна спяканыя інфільтраваныякарбід крэмнію. У такім матэрыяле пары зыходнага матэрыялу SIC запаўняюцца ў працэсе інфільтрацыі шляхам выпальвання металічнага крэмнію, такім чынам з'яўляецца другасны SiC, і матэрыял набывае выключныя механічныя ўласцівасці, становячыся зносаўстойлівым. Дзякуючы мінімальнай ўсаджванню, яго можна выкарыстоўваць у вытворчасці вялікіх і складаных дэталяў з жорсткімі допускамі. Аднак утрыманне крэмнію абмяжоўвае максімальную рабочую тэмпературу да 1350 °C, хімічная ўстойлівасць таксама абмежаваная прыкладна pH 10. Матэрыял не рэкамендуецца выкарыстоўваць у агрэсіўных шчолачных асяроддзях.
СпечаныКарбід крэмнію атрымліваецца шляхам спякання папярэдне сціснутага вельмі дробнага грануляту SIC пры тэмпературы 2000 °C для ўтварэння трывалых сувязяў паміж зернямі матэрыялу.
Спачатку рашотка патаўшчаецца, затым памяншаецца сітаватасць, і, нарэшце, спякаюцца сувязі паміж зернямі. У працэсе такой апрацоўкі адбываецца значная ўсаджванне вырабу — прыкладна на 20%.
Ушчыльняльнае кольца SSIC устойлівы да ўсіх хімічных рэчываў. Паколькі ў яго структуры няма металічнага крэмнію, яго можна выкарыстоўваць пры тэмпературах да 1600°C без шкоды для яго трываласці.
| уласцівасці | R-SiC | S-SiC |
| Сітаватасць (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Шчыльнасць (г/см3) | 3.05 | 3,1~3,15 |
| Цвёрдасць | 110~125 (HS) | 2800 (кг/мм2) |
| Модуль пругкасці (ГПа) | ≥400 | ≥410 |
| Змест SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Змест Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Трываласць на выгіб (МПа) | ≥350 | 450 |
| Трываласць на сціск (кг/мм2) | ≥2200 | 3900 |
| Каэфіцыент цеплавога пашырэння (1/℃) | 4,5×10⁻⁶ | 4,3×10⁻⁶ |
| Цеплаўстойлівасць (у атмасферы) (℃) | 1300 | 1600 год |
механічнае ўшчыльненне TC
Матэрыялы з карбіду вальфраму валодаюць высокай цвёрдасцю, трываласцю, устойлівасцю да ізаляцыі і карозіі. Яны вядомыя як «прамысловы зуб». Дзякуючы сваім выдатным характарыстыкам, яны шырока выкарыстоўваюцца ў ваеннай прамысловасці, аэракасмічнай прамысловасці, механічнай апрацоўцы, металургіі, бурэнні нафты, электроннай сувязі, архітэктуры і іншых галінах. Напрыклад, у помпах, кампрэсарах і мешалках кольцы з карбіду вальфраму выкарыстоўваюцца ў якасці механічных ушчыльненняў. Добрая ўстойлівасць да ізаляцыі і высокая цвёрдасць робяць іх прыдатнымі для вырабу зносаўстойлівых дэталяў з высокай тэмпературай, трэннем і карозіяй.
Паводле хімічнага складу і характарыстык выкарыстання, TC можна падзяліць на чатыры катэгорыі: вальфрамава-кобальтавы (YG), вальфрамава-тытанавы (YT), вальфрамава-тытанавы (YW) і карбід тытана (YN).
Вальфрамава-кобальтавы (YG) цвёрды сплаў складаецца з WC і Co. Ён падыходзіць для апрацоўкі далікатных матэрыялаў, такіх як чыгун, каляровыя металы і неметалічныя матэрыялы.
Стэліт (YT) складаецца з WC, TiC і Co. Дзякуючы даданню TiC у сплаў, яго зносаўстойлівасць паляпшаецца, але трываласць на выгіб, шліфавальныя характарыстыкі і цеплаправоднасць зніжаюцца. З-за сваёй далікатнасці пры нізкіх тэмпературах ён падыходзіць толькі для хуткаснай рэзкі агульных матэрыялаў, а не для апрацоўкі далікатных матэрыялаў.
Вальфрам, тытан, тантал (ніобій), кобальт (YW) дадаюцца ў сплаў для павышэння цвёрдасці пры высокіх тэмпературах, трываласці і ўстойлівасці да ізаляцыі за кошт адпаведнай колькасці карбіду тантала або карбіду ніобія. Адначасова паляпшаецца трываласць і паляпшаюцца ўсебаковыя характарыстыкі рэзання. У асноўным выкарыстоўваецца для рэзання цвёрдых матэрыялаў і перыядычнага рэзання.
Тытан базавага класа (YN) з вугляродам — гэта цвёрды сплаў з цвёрдай фазай TiC, нікеля і малібдэна. Яго перавагі — высокая цвёрдасць, антызлучэнне, зносаўстойлівасць і антыакісляльная ўстойлівасць. Пры тэмпературы вышэй за 1000 градусаў ён усё яшчэ можа паддавацца механічнай апрацоўцы. Ён прыдатны для бесперапыннай апрацоўкі легаванай сталі і загартоўкі сталі.
| мадэль | утрыманне нікеля (вага%) | шчыльнасць (г/см²) | цвёрдасць (HRA) | трываласць на выгіб (≥N/мм²) |
| YN6 | 5,7-6,2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | 1800 год |
| YN8 | 7,7-8,2 | 14,4–14,8 | 87,5-90,0 | 2000 год |
| мадэль | утрыманне кобальту (вага%) | шчыльнасць (г/см²) | цвёрдасць (HRA) | трываласць на выгіб (≥N/мм²) |
| YG6 | 5,8–6,2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 год |
| YG8 | 7,8–8,2 | 14,5-14,9 | 88,0–90,5 | 1980 год |
| 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 |