- ▸Уплотнительные кольца из углеродного графита изготавливаются из нефтяного кокса, пекового кокса или хлопьевидного графита с помощью графитизации; пропитка обязательна для снижения пористости с 10%-20% до менее 2% для обеспечения герметичности
- ▸Ключевые эксплуатационные характеристики: коэффициент сухого трения 0,04-0,15, теплопроводность 70-150 Вт/(м·К), рабочая температура выше 600°C в неокисляющей среде, прочность на сжатие 150-300 МПа
- ▸Рекомендуется сбалансированная конструкция торцевого уплотнения при давлении среды выше 1,5 МПа для снижения удельного давления на торец и увеличения срока службы уплотнительного кольца из углеродного графита
- ▸Тип пропитки определяет область применения: фурановая — для сильных кислот и щелочей, PTFE — для санитарных пищевых и фармацевтических систем, сурьмяная — для масляных насосов при температуре до 400°C
- ▸Углеродный графит в качестве мягкой поверхности в паре с карбидом кремния или карбидом вольфрама образует трение пары, стандартное решение для химических насосов, компрессоров, реакторов и автомобильных водяных насосов
Уплотнительное кольцо из углеродного графита выходит из печи с пористостью 10%–20% — без пропитки среда будет просачиваться через взаимосвязанные поры. Поэтому ключевым этапом производства уплотнительных колец является пропитка, которая должна снизить пористость ниже 2%. В этой статье рассматриваются состав материала, механизм уплотнения, типичные конструкции и области применения: что означают коэффициент сухого трения 0,04–0,15, теплопроводность 70–150 Вт/(м·К) и рабочая температура свыше 600°C в неокисляющей среде для ваших условий, а также какие параметры инженерам и закупщикам следует проверять в первую очередь.
1. Состав материала уплотнительных колец из углеродного графита
Основной материал уплотнительного кольца из углеродного графита производится из нефтяного кокса, пекового кокса или хлопьевидного графита в качестве основных сырьевых компонентов посредством дозирования, смешивания, прессования, обжига и графитизации. В отличие от природной графитовой руды, это инженерный углеродный графит, изготовленный под строгим контролем технологического процесса с стабильными физико-химическими свойствами.
1.1 Свойства базового материала
Матрица из углеродного графита обладает рядом выдающихся свойств. Во-первых, она обладает отличной самосмазывающейся способностью; ее слоистая кристаллическая структура обеспечивает коэффициент трения при сухом трении от 0,04 до 0,15. Во-вторых, материал обладает высокой термостойкостью, позволяющей работать длительное время при температурах выше 600°C в неокисляющей среде. В-третьих, он характеризуется высокой химической стабильностью, устойчив к большинству кислот, щелочей и солевых растворов. В-четвертых, его теплопроводность в диапазоне 70-150 Вт/(м·К) значительно выше, чем у инженерных пластиков, что способствует отводу тепла от поверхности уплотнения.
1.2 Почему пропитка необходима
Не пропитанный обожженный углеродный графит имеет пористость 10%-20%, что позволяет среде проникать и протекать. Поэтому при производстве уплотнительных колец необходимо заполнить эти поры с помощью пропитки. Распространенные пропиточные материалы включают фенольную смолу, фурановую смолу, эпоксидную смолу, сурьму, баббитовый сплав и PTFE. Пропитка не только снижает пористость до менее 2%, но и позволяет адаптировать коррозионную стойкость, износостойкость или высокотемпературные характеристики под конкретные условия эксплуатации.
2. Принципы уплотнения уплотнительных колец из углеродного графита
Уплотняющая функция торцевого уплотнения основана на микроскопическом уплотнительном интерфейсе, образуемом между вращающимся кольцом и неподвижным кольцом. В качестве мягкой поверхности обычно используется углеродный графит, который сочетается с твердым материалом, таким как карбид кремния, карбид вольфрама или оксид алюминия (керамика), образуя пару трения.
2.1 Механизм уплотнения по поверхности
Уплотнительные поверхности прижимаются друг к другу силой пружины и давлением среды, теоретически образуя жесткий контакт. Однако в реальной эксплуатации из-за микронеровностей на поверхностях и наличия жидкой пленки между ними существует смазочная пленка толщиной примерно 0,5–3 μm. Эта пленка одновременно смазывает и воспринимает часть уплотнительного давления. Высокая теплопроводность и низкий коэффициент теплового расширения углеродного графита обеспечивают своевременный отвод тепла трения, предотвращая испарение пленки и отказ из-за сухого трения.
2.2 Балансированные и небалансированные конструкции
В зависимости от коэффициента нагрузки давления среды на уплотнительную поверхность торцевые уплотнения классифицируются как небалансированные (коэффициент нагрузки B>1), балансированные (B<1) и сверхбалансированные. Для уплотнительных колец из углеродного графита, учитывая типичную прочность на сжатие 150–300 МПа, при давлении среды выше 1,5 МПа рекомендуется использовать балансированную конструкцию для снижения удельного давления на поверхность и увеличения срока службы уплотнения.
3. Типичные конструктивные формы
3.1 Цельные уплотнительные кольца
Цельные уплотнительные кольца из углеродного графита имеют простую конструкцию и подходят для средне-низкого давления и малых-средних размеров. Распространённые формы включают стандартные модели, такие как G6, G60, 104 и 109. Эти кольца легко обрабатывать, однако из-за хрупкости углеродного графита следует избегать ударов при сборке.
3.2 Картриджные уплотнительные кольца
Для повышения прочности конструкции и экономии дорогостоящего материала крупные уплотнительные кольца часто оснащаются металлическим корпусом, в котором закреплено углеродное графитовое кольцо. Металлическое кольцо воспринимает механические нагрузки, а углеродное графитовое кольцо обеспечивает уплотнение. Такая конструкция широко применяется в химических насосах и насосах для высокотемпературных сред.
3.3 Меховые уплотнения
Для работы в условиях высоких температур, агрессивных коррозионных сред или при наличии кристаллизующихся веществ металлические мехи часто заменяют пружины и вторичные уплотнительные элементы, сочетаясь с неподвижным кольцом из углеродного графита для предотвращения старения вторичных уплотнений.
4. Типичные области применения
Уплотнительные кольца из углеродного графита играют ключевую роль во многих отраслях. В химических технологических насосах кольца из графита с пропиткой фурановой смолой выдерживают воздействие соляной, серной кислот и других агрессивных сред. В пищевом и фармацевтическом оборудовании кольца с пропиткой PTFE соответствуют санитарным требованиям. В насосах для высокотемпературного теплоносителя с температурой до 400°C применяются кольца с пропиткой сурьмой. В водяных насосах для автомобилей уплотнительные кольца из углеродного графита являются отраслевым стандартом.
5. Заключение
Понимание материала, принципа работы и конструкции уплотнительных колец из углеродного графита является основой для правильного выбора и эксплуатации. Huahao Sealing Co., Ltd. специализируется на продуктах из углеродного графита уже много лет и предлагает клиентам комплексное решение — от выбора материала и проектирования конструкции до серийного производства. Мы продолжим делиться глубоким техническим контентом по выбору, установке и обслуживанию. Следите за обновлениями.