Какие материалы торцевых поверхностей механических уплотнений наиболее распространены?
Механические уплотнения в насосах предотвращают утечку технологической среды в том месте, где приводной вал входит в корпус насоса и выходит из него. Технологическая среда в корпусе насоса обычно находится под более высоким давлением, чем окружающая среда. Без механического уплотнения технологическая среда могла бы просачиваться в окружающую среду (рисунок 1, сверху). Для функционирования насоса необходимо удерживать технологическую среду в корпусе насоса, чему способствует механическое уплотнение. Механическое уплотнение (рисунок 1, снизу) обеспечивает это с помощью вращающихся компонентов (красного цвета), прикрепленных к вращающемуся валу, и неподвижного элемента (зеленого цвета), расположенного внутри сальника. Вращающаяся и неподвижная поверхности уплотнения соприкасаются в осевом направлении, препятствуя утечке технологической среды из корпуса вдоль вала.
Торцевые поверхности уплотнений обычно изготавливают из углерода, карбида вольфрама, карбида кремния и оксида алюминия (керамики), но можно использовать и другие материалы. Полный список материалов для торцевых поверхностей уплотнений, их свойства и рекомендации по применению приведены в руководстве Института гидравлики «Механические уплотнения для насосной промышленности».
Для перечисленных материалов существуют различные производственные процессы и марки. Сочетание материалов, используемых для изготовления торцевых поверхностей уплотнений, выбирается в зависимости от их физических свойств и требований к применению. Требования к применению материалов зависят от вязкости или смазывающей способности технологической среды, температуры среды, давления паров, давления в камере, коррозионных свойств среды и присутствия абразивных материалов.
Рисунок 1. Механические уплотнения сдерживают утечку технологической среды вдоль вращающегося вала
Vessel wall — Стенки емкости
Environment — Окружающая среда
Shaft — Вал
Process fluid — Технологическая среда
Leakage — Утечка
Rotating — Вращающиеся компоненты
Stationary — Неподвижные компоненты
Углерод наиболее часто используют для изготовления торцевых поверхностей уплотнений. Углеродные уплотнения можно применять в широком диапазоне температур, а также легировать для получения материалов с различным сопротивлением трению. Как правило, они химически инертны, что позволяет использовать их с некоторыми агрессивными жидкостями.
Карбид вольфрама широко применяется для уплотнения насоса и обладает многими из тех же характеристик, что и углерод, но и некоторыми более привлекательными свойствами, такими как более высокая химическая стойкость, трибологические свойства и термостойкость.
Карбид кремния выпускается в различных марках, включая реакционносвязанные, альфа-спеченные, пористые альфа-спеченные и композитные материалы, в состав которых входит графит. Все карбиды кремния обладают уникальными свойствами для применения в сложных условиях, поскольку они сохраняют прочность при повышенных температурах и обладают превосходной коррозионной стойкостью при низком тепловом расширении. Эти свойства делают его идеальным материалом для работы с абразивными и коррозионными средами под высоким давлением.
Чистота оксида алюминия варьируется от 85% до 99,8%. Благодаря своей твердости он обладает отличной износостойкостью.
