Garnituri mecanicejoacă un rol foarte important în evitarea scurgerilor pentru multe industrii diferite. În industria maritimă existăetanșări mecanice ale pompelor, etanșări mecanice cu arbore rotativ. Și în industria petrolului și gazelor existăetanșări mecanice cu cartuș,etanșări mecanice divizate sau etanșări mecanice cu gaz uscat. În industria auto există etanșări mecanice cu apă. Iar în industria chimică există etanșări mecanice pentru mixere (etanșări mecanice pentru agitatoare) și etanșări mecanice pentru compresoare.
În funcție de diferitele condiții de utilizare, este necesară o soluție de etanșare mecanică cu materiale diferite. Există multe tipuri de materiale utilizate în...etanșări mecanice ale arborelui cum ar fi etanșări mecanice ceramice, etanșări mecanice din carbon, etanșări mecanice din carbură de siliciu,Garnituri mecanice SSIC șiGarnituri mecanice TC.
Garnituri mecanice ceramice
Garniturile mecanice ceramice sunt componente critice în diverse aplicații industriale, concepute pentru a preveni scurgerile de fluide între două suprafețe, cum ar fi un arbore rotativ și o carcasă staționară. Aceste garnituri sunt foarte apreciate pentru rezistența lor excepțională la uzură, rezistența la coroziune și capacitatea de a rezista la temperaturi extreme.
Rolul principal al etanșărilor mecanice ceramice este de a menține integritatea echipamentelor prin prevenirea pierderilor de fluide sau a contaminării. Acestea sunt utilizate în numeroase industrii, inclusiv petrol și gaze, procesarea chimică, tratarea apei, industria farmaceutică și procesarea alimentelor. Utilizarea pe scară largă a acestor etanșări poate fi atribuită construcției lor durabile; acestea sunt fabricate din materiale ceramice avansate care oferă caracteristici de performanță superioare în comparație cu alte materiale de etanșare.
Etanșările mecanice ceramice sunt alcătuite din două componente principale: una este o față mecanică staționară (de obicei fabricată din material ceramic) și cealaltă este o față mecanică rotativă (construită în mod obișnuit din grafit de carbon). Acțiunea de etanșare are loc atunci când ambele fețe sunt presate împreună folosind o forță de arc, creând o barieră eficientă împotriva scurgerilor de fluid. Pe măsură ce echipamentul funcționează, pelicula lubrifiantă dintre fețele de etanșare reduce frecarea și uzura, menținând în același timp o etanșare strânsă.
Un factor crucial care diferențiază etanșările mecanice ceramice de alte tipuri este rezistența lor remarcabilă la uzură. Materialele ceramice posedă proprietăți excelente de duritate, care le permit să reziste la condiții abrazive fără deteriorări semnificative. Acest lucru are ca rezultat etanșări mai durabile, care necesită înlocuiri sau întreținere mai puțin frecvente decât cele fabricate din materiale mai moi.
Pe lângă rezistența la uzură, ceramica prezintă și o stabilitate termică excepțională. Pot rezista la temperaturi ridicate fără a se degrada sau a-și pierde eficiența de etanșare. Acest lucru le face potrivite pentru utilizarea în aplicații la temperaturi ridicate, unde alte materiale de etanșare s-ar putea defecta prematur.
În cele din urmă, etanșările mecanice ceramice oferă o compatibilitate chimică excelentă, cu rezistență la diverse substanțe corozive. Acest lucru le face o alegere atractivă pentru industriile care lucrează în mod curent cu substanțe chimice dure și fluide agresive.
Garniturile mecanice ceramice sunt esențialeetanșări ale componentelorconcepute pentru a preveni scurgerile de fluide în echipamentele industriale. Proprietățile lor unice, cum ar fi rezistența la uzură, stabilitatea termică și compatibilitatea chimică, le fac o alegere preferată pentru diverse aplicații în multiple industrii
| proprietatea fizică ceramică | ||||
| Parametru tehnic | unitate | 95% | 99% | 99,50% |
| Densitate | g/cm³ | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Duritate | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Rata de porozitate | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Rezistența la fractură | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Coeficientul de dilatare termică | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Conductivitate termică | W/MK | 27,8 | 26,7 | 26 |
Garnituri mecanice din carbon
Garniturile mecanice din carbon au o istorie lungă. Grafitul este o izoformă a elementului carbon. În 1971, Statele Unite au studiat cu succes materialul de etanșare mecanică din grafit flexibil, care a rezolvat problema scurgerilor de la valvele de energie atomică. După o prelucrare profundă, grafitul flexibil devine un material de etanșare excelent, fiind utilizat în diverse etanșări mecanice din carbon cu efect de etanșare a componentelor. Aceste etanșări mecanice din carbon sunt utilizate în industria chimică, petrolieră și energetică, cum ar fi etanșările pentru fluide la temperaturi înalte.
Deoarece grafitul flexibil se formează prin expansiunea grafitului expandat după temperaturi ridicate, cantitatea de agent de intercalare rămasă în grafitul flexibil este foarte mică, dar nu completă, astfel încât prezența și compoziția agentului de intercalare au o mare influență asupra calității și performanței produsului.
Selectarea materialului suprafeței de etanșare din carbon
Inventatorul inițial a folosit acid sulfuric concentrat ca oxidant și agent de intercalare. Cu toate acestea, după aplicarea pe etanșarea unei componente metalice, s-a constatat că o cantitate mică de sulf rămasă în grafitul flexibil corodează metalul de contact după o utilizare îndelungată. Având în vedere acest aspect, unii cercetători autohtoni au încercat să îl îmbunătățească, cum ar fi Song Kemin, care a ales acid acetic și acid organic în loc de acid sulfuric. Grafit expandat fără sulf, încetinit în acid azotic și redus temperatura la temperatura camerei, a fost preparat dintr-un amestec de acid azotic și acid acetic. Folosind amestecul de acid azotic și acid acetic ca agent de inserție, s-a preparat grafitul expandat fără sulf cu permanganat de potasiu ca oxidant, iar acidul acetic a fost adăugat lent la acidul azotic. Temperatura este redusă la temperatura camerei și se obține amestecul de acid azotic și acid acetic. Apoi, la acest amestec se adaugă grafitul natural sub formă de fulgi și permanganatul de potasiu. Sub agitare constantă, temperatura este de 30°C. După 40 de minute de reacție, apa este spălată până la neutru și uscată la 50~60°C, iar grafitul expandat este obținut prin expansiunea la temperatură înaltă. Această metodă nu realizează vulcanizarea, cu condiția ca produsul să poată atinge un anumit volum de expansiune, astfel încât să se obțină o natură relativ stabilă a materialului de etanșare.
| Tip | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Marca | Impregnat | Impregnat | Fenol impregnat | Carbon de antimoniu (A) | |||||
| Densitate | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Rezistență fracturală | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Rezistență la compresiune | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Duritate | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Porozitate | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperaturi | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Garnituri mecanice din carbură de siliciu
Carbura de siliciu (SiC) este cunoscută și sub denumirea de carborundum și este fabricată din nisip cuarțos, cocs de petrol (sau cocs de cărbune), așchii de lemn (care trebuie adăugate la producerea carburii de siliciu verzi) și așa mai departe. Carbura de siliciu are, de asemenea, un mineral rar în natură, dudul. În materiile prime refractare de înaltă tehnologie contemporane cu C, N, B și alte materiale neoxidice, carbura de siliciu este unul dintre cele mai utilizate și economice materiale, putând fi numită nisip de oțel auriu sau nisip refractar. În prezent, producția industrială de carbură de siliciu din China este împărțită în carbură de siliciu neagră și carbură de siliciu verde, ambele fiind cristale hexagonale cu o proporție de 3,20 ~ 3,25 și o microduritate de 2840 ~ 3320 kg/m².
Produsele din carbură de siliciu sunt clasificate în mai multe tipuri în funcție de diferitele medii de aplicare. În general, sunt utilizate mai degrabă mecanic. De exemplu, carbura de siliciu este un material ideal pentru etanșările mecanice din carbură de siliciu datorită rezistenței sale bune la coroziune chimică, rezistenței ridicate, durității ridicate, rezistenței bune la uzură, coeficientului de frecare mic și rezistenței la temperaturi ridicate.
Inelele de etanșare din SIC pot fi împărțite în inele statice, inele mobile, inele plate și așa mai departe. Siliciul SiC poate fi transformat în diverse produse din carbură, cum ar fi inele rotative din carbură de siliciu, scaune fixe din carbură de siliciu, bucșe din carbură de siliciu și așa mai departe, în funcție de cerințele speciale ale clienților. Poate fi utilizat și în combinație cu materialul grafit, iar coeficientul său de frecare este mai mic decât cel al ceramicii de alumină și al aliajelor dure, astfel încât poate fi utilizat în condiții de valoare fotovoltaică ridicată, în special în condiții de acid puternic și alcali puternic.
Frecarea redusă a SIC este unul dintre avantajele cheie ale utilizării sale în etanșările mecanice. Prin urmare, SIC poate rezista la uzură mai bine decât alte materiale, prelungind durata de viață a etanșării. În plus, frecarea redusă a SIC reduce necesitatea lubrifierii. Lipsa lubrifierii reduce posibilitatea contaminării și coroziunii, îmbunătățind eficiența și fiabilitatea.
SIC are, de asemenea, o rezistență mare la uzură. Aceasta indică faptul că poate rezista la utilizare continuă fără a se deteriora sau rupe. Acest lucru îl face materialul perfect pentru utilizări care necesită un nivel ridicat de fiabilitate și durabilitate.
De asemenea, poate fi reșlefuită și lustruită, astfel încât o etanșare să poată fi recondiționată de mai multe ori pe durata sa de viață. În general, este utilizată mai mecanic, cum ar fi în etanșările mecanice, datorită rezistenței sale bune la coroziune chimică, rezistenței ridicate, durității ridicate, rezistenței bune la uzură, coeficientului mic de frecare și rezistenței la temperaturi ridicate.
Atunci când este utilizată pentru etanșări mecanice, carbura de siliciu are ca rezultat performanțe îmbunătățite, o durată de viață crescută a etanșării, costuri de întreținere mai mici și costuri de funcționare mai mici pentru echipamentele rotative, cum ar fi turbinele, compresoarele și pompele centrifuge. Carbura de siliciu poate avea proprietăți diferite în funcție de modul în care a fost fabricată. Carbura de siliciu legată prin reacție se formează prin legarea particulelor de carbură de siliciu între ele într-un proces de reacție.
Acest proces nu afectează semnificativ majoritatea proprietăților fizice și termice ale materialului, însă limitează rezistența chimică a materialului. Cele mai frecvente substanțe chimice care reprezintă o problemă sunt substanțele caustice (și alte substanțe chimice cu pH ridicat) și acizii puternici și, prin urmare, carbura de siliciu legată prin reacție nu ar trebui utilizată în aceste aplicații.
Infiltrat prin sinterizare prin reacțiecarbură de siliciu. În acest material, porii materialului SIC original sunt umpluți în procesul de infiltrare prin arderea siliciului metalic, astfel apare SiC secundar și materialul capătă proprietăți mecanice excepționale, devenind rezistent la uzură. Datorită contracției minime, poate fi utilizat în producția de piese mari și complexe cu toleranțe strânse. Cu toate acestea, conținutul de siliciu limitează temperatura maximă de funcționare la 1.350 °C, rezistența chimică fiind, de asemenea, limitată la aproximativ pH 10. Materialul nu este recomandat pentru utilizare în medii alcaline agresive.
SinterizatCarbura de siliciu se obține prin sinterizarea unui granulat SIC foarte fin precomprimat la o temperatură de 2000 °C pentru a forma legături puternice între granulele materialului.
Mai întâi, rețeaua se îngroașă, apoi porozitatea scade, iar în final legăturile dintre granule se sinterizează. În procesul unei astfel de procesări, are loc o contracție semnificativă a produsului - cu aproximativ 20%.
Inel de etanșare SSIC este rezistent la toate substanțele chimice. Deoarece nu conține siliciu metalic în structura sa, poate fi utilizat la temperaturi de până la 1600°C fără a-i afecta rezistența.
| proprietăți | R-SiC | S-SiC |
| Porozitate (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Densitate (g/cm3) | 3.05 | 3.1~3.15 |
| Duritate | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Modul de elasticitate (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Conținut de SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Conținut de Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Rezistență la încovoiere (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Rezistență la compresiune (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Coeficientul de dilatare termică (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Rezistență la căldură (în atmosferă) (℃) | 1300 | 1600 |
Garnitură mecanică TC
Materialele din carbură de tungsten (TC) au caracteristici de duritate ridicată, rezistență, rezistență la abraziune și coroziune. Sunt cunoscute sub numele de „dinți industriali”. Datorită performanțelor lor superioare, au fost utilizate pe scară largă în industria militară, aerospațială, prelucrarea mecanică, metalurgie, foraj petrolier, comunicații electronice, arhitectură și alte domenii. De exemplu, în pompe, compresoare și agitatoare, inelele din carbură de tungsten sunt utilizate ca etanșări mecanice. Rezistența bună la abraziune și duritatea ridicată le fac potrivite pentru fabricarea de piese rezistente la uzură cu temperaturi ridicate, frecare și coroziune.
Conform compoziției sale chimice și caracteristicilor de utilizare, carbura de tungsten (TC) poate fi împărțită în patru categorii: tungsten-cobalt (YG), tungsten-titan (YT), tungsten-titan-tantal (YW) și carbură de titan (YN).
Aliajul dur de tungsten-cobalt (YG) este compus din WC și Co. Este potrivit pentru prelucrarea materialelor fragile, cum ar fi fonta, metalele neferoase și materialele nemetalice.
Stelitul (YT) este compus din WC, TiC și altele asemenea. Datorită adăugării de TiC la aliaj, rezistența sa la uzură este îmbunătățită, dar rezistența la încovoiere, performanța de șlefuire și conductivitatea termică au scăzut. Datorită fragilității sale la temperaturi scăzute, este potrivit doar pentru tăierea la viteză mare a materialelor generale și nu pentru prelucrarea materialelor fragile.
Aliajul de tungsten, titan, tantal (niobiu), cobalt (YW) este adăugat pentru a crește duritatea la temperaturi ridicate, rezistența și rezistența la abraziune printr-o cantitate adecvată de carbură de tantal sau carbură de niobiu. În același timp, tenacitatea este îmbunătățită și prin performanțe de tăiere mai bune. Se utilizează în principal pentru tăierea materialelor dure și a tăierii intermitente.
Titanul carbonizat (YN) este un aliaj dur cu o fază dură de TiC, nichel și molibden. Avantajele sale sunt duritatea ridicată, capacitatea anti-lipire, rezistența la uzură și capacitatea anti-oxidare. Poate fi prelucrat la temperaturi de peste 1000 de grade. Este aplicabil la finisarea continuă a oțelului aliat și a oțelului de călire.
| model | conținut de nichel (% în greutate) | densitate (g/cm²) | duritate (HRA) | rezistență la încovoiere (≥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 | conținut de cobalt (% în greutate) | densitate (g/cm²) | duritate (HRA) | rezistență la încovoiere (≥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 |