พื้นฐานแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์: โครงสร้าง หลักการ และการใช้งาน

แหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ออกจากเตาอบด้วยรูพรุน 10%–20% — หากไม่ผ่านการอัดซึม สื่อจะรั่วซึมผ่านรูพรุนที่เชื่อมต่อกันโดยตรง นั่นคือเหตุผลที่ขั้นตอนสำคัญในกระบวนการผลิตแหวนซีลคือการอัดซึม ซึ่งต้องลดรูพรุนให้ต่ำกว่า 2% บทความนี้ครอบคลุมองค์ประกอบวัสดุ, กลไกการซีล, โครงสร้างและการใช้งานทั่วไป: ความหมายของค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบแห้ง 0.04–0.15, การนำความร้อน 70–150 W/(m·K) และการใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 600℃ ในสื่อที่ไม่ทำปฏิกิริยาออกซิเดชัน รวมถึงพารามิเตอร์ที่วิศวกรและผู้ซื้อควรตรวจสอบเป็นอันดับแรก

1. องค์ประกอบวัสดุของแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์

วัสดุหลักของแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ผลิตจากน้ำมันปิโตรเลียมโค้ก, พิทโค้ก หรือแผ่นกราไฟต์เป็นวัตถุดิบหลัก ผ่านกระบวนการผสม, กดขึ้นรูป, อบ และการทำให้เป็นแกรไฟต์ แตกต่างจากแร่กราไฟต์ธรรมชาติ เพราะเป็นคาร์บอนกราไฟต์ที่ผลิตภายใต้การควบคุมกระบวนการอย่างเข้มงวด มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เสถียร

1.1 คุณสมบัติของวัสดุฐาน

โครงสร้างคาร์บอนกราไฟต์มีคุณสมบัติเด่นหลายประการ ประการแรก คือมีความสามารถหล่อลื่นตัวเองได้ดีมาก โครงสร้างผลึกแบบชั้นทำให้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำเพียง 0.04-0.15 ในสภาวะแรงเสียดทานแบบแห้ง ประการที่สอง มีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง โดยสามารถใช้งานระยะยาวที่อุณหภูมิสูงกว่า 600℃ ในสื่อที่ไม่ทำปฏิกิริยาออกซิเดชัน ประการที่สาม มีความคงทนทางเคมีสูง สามารถต้านทานกรด, ด่าง และสารละลายเกลือส่วนใหญ่ได้ ประการที่สี่ การนำความร้อน 70-150 W/(m·K) สูงกว่าพลาสติกวิศวกรรมอย่างมาก ช่วยระบายความร้อนจากผิวหน้าซีลได้ดี

1.2 เหตุผลที่ต้องมีการอัดซึม

คาร์บอนกราไฟต์ที่อบแล้วแต่ยังไม่ผ่านการอัดซึมมีรูพรุน 10%-20% ซึ่งทำให้สื่อสามารถซึมผ่านและรั่วไหลได้ ดังนั้นการผลิตแหวนซีลจึงต้องอุดรูพรุนเหล่านี้ด้วยการอัดซึม ตัวทำละลายอัดซึมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ เรซินฟีนอลิก, เรซินฟูราน, เรซินอีพ็อกซี่, โลหะแอนติโมนี, โลหะผสมบาบบิตต์ และ PTFE การอัดซึมไม่เพียงแต่ลดรูพรุนให้ต่ำกว่า 2% เท่านั้น แต่ยังปรับแต่งความต้านทานการกัดกร่อน, ความต้านทานการสึกหรอ หรือสมรรถนะที่อุณหภูมิสูงให้เหมาะสมกับสภาพการใช้งานเฉพาะอีกด้วย

2. หลักการซีลของแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์

หน้าที่การซีลของซีลกลขึ้นอยู่กับการสร้างผิวสัมผัสซีลขนาดจิ๋วระหว่างแหวนหมุนกับแหวนคงที่ คาร์บอนกราไฟต์มักใช้เป็นผิวอ่อนคู่กับวัสดุแข็ง เช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ ทังสเตนคาร์ไบด์ หรือเซรามิกอลูมินา เพื่อสร้างคู่เสียดสี

2.1 กลไกการซีลผิวหน้า

ผิวหน้าซีลถูกกดเข้าหากันด้วยแรงสปริงและความดันของตัวกลาง โดยทฤษฎีแล้วจะเกิดการสัมผัสที่แข็ง แต่ในสภาพการทำงานจริง เนื่องจากความขรุขระระดับจิ๋วบนผิวหน้าและการมีฟิล์มของของไหลอยู่ จะมีฟิล์มหล่อลื่นหนาประมาณ 0.5-3μm ระหว่างผิวทั้งสอง ฟิล์มนี้ทำหน้าที่หล่อลื่นและรับแรงดันบางส่วน ความสามารถในการนำความร้อนสูงและสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำของคาร์บอนกราไฟต์ช่วยให้ความร้อนจากแรงเสียดสีถูกนำออกไปทันเวลา ป้องกันการระเหยของฟิล์มและความล้มเหลวจากการวิ่งแห้ง

2.2 โครงสร้างบาลานซ์และไม่บาลานซ์

ตามอัตราส่วนแรงดันของตัวกลางที่กระทำบนผิวหน้า ซีลกลแบ่งเป็นแบบไม่บาลานซ์ (สัมประสิทธิ์แรงดัน B>1) แบบบาลานซ์ (B<1) และแบบเกินบาลานซ์ สำหรับแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ โดยพิจารณาความแข็งแรงอัดทั่วไปที่ 150-300MPa แนะนำให้ใช้โครงสร้างแบบบาลานซ์เมื่อความดันตัวกลางเกิน 1.5MPa เพื่อลดความดันเฉพาะที่ผิวหน้าและยืดอายุการใช้งานของซีล

3. รูปแบบโครงสร้างทั่วไป

3.1 แหวนซีลแบบบูรณาการ

แหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์แบบบูรณาการมีโครงสร้างเรียบง่าย เหมาะกับความดันปานกลางถึงต่ำและขนาดเล็กถึงกลาง รูปแบบทั่วไปได้แก่รุ่นมาตรฐาน เช่น G6, G60, 104 และ 109 แหวนเหล่านี้ง่ายต่อการกลึง แต่เนื่องจากคาร์บอนกราไฟต์เปราะบาง จึงต้องหลีกเลี่ยงการตอกในระหว่างการประกอบ

3.2 แหวนซีลแบบตลับ

เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างและประหยัดวัสดุราคาแพง แหวนซีลขนาดใหญ่จึงมักใช้ตัวเรือนโลหะที่ยึดแหวนคาร์บอนกราไฟต์ ตัวแหวนโลหะรับแรงกล ในขณะที่แหวนคาร์บอนกราไฟต์ทำหน้าที่ซีล โครงสร้างนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในปั๊มเคมีและปั๊มอุณหภูมิสูง

3.3 ซีลแบบเบลโลว์ส

สำหรับงานที่มีอุณหภูมิสูง กัดกร่อนสูง หรือเกิดการตกผลึก เบลโลว์สโลหะมักใช้แทนสปริงและชิ้นส่วนซีลรอง โดยจับคู่กับแหวนคาร์บอนกราไฟต์คงที่เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวจากการเสื่อมสภาพของซีลรอง

4. การใช้งานทั่วไป

แหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์มีบทบาทสำคัญในหลายอุตสาหกรรม ในปั๊มอุตสาหกรรม ปั๊มเคมีที่ใช้แหวนกราไฟต์อัดซึมด้วยเรซินฟูราน สามารถทนต่อกรดไฮโดรคลอริก กรดซัลฟิวริก และสารกัดกร่อนแรงอื่นๆ ในอุปกรณ์อาหารและยา แหวนกราไฟต์อัดซึมด้วย PTFE ตอบสนองข้อกำหนดด้านสุขอนามัย ในปั๊มความร้อนน้ำมันความร้อนสูง แหวนกราไฟต์อัดซึมด้วยแอนติโมนีทำงานต่อเนื่องที่ 400℃ ในปั๊มน้ำรถยนต์ แหวนซีลกลคาร์บอนกราไฟต์เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม

5. สรุป

ความเข้าใจในวัสดุ หลักการ และโครงสร้างของแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์เป็นพื้นฐานสำหรับการเลือกใช้ที่ถูกต้อง Huahao Sealing Co., Ltd. มีความเชี่ยวชาญในผลิตภัณฑ์ซีลคาร์บอนกราไฟต์มาหลายปี และให้บริการลูกค้าแบบครบวงจรตั้งแต่การเลือกวัสดุ การออกแบบโครงสร้างจนถึงการผลิตจำนวนมาก เราจะยังคงแบ่งปันเนื้อหาทางเทคนิคเชิงลึกเกี่ยวกับการเลือก การติดตั้ง และการบำรุงรักษา โปรดติดตามต่อไป