- ▸Vòng đệm than chì carbon được chế tạo từ coke dầu mỏ, coke nhựa đường hoặc than chì dạng vảy qua quá trình graphit hóa; ngâm tẩm là bước bắt buộc để giảm độ xốp từ 10%-20% xuống dưới 2% nhằm đảm bảo tính kín khít
- ▸Dữ liệu hiệu suất chính: hệ số ma sát khô 0,04-0,15, độ dẫn nhiệt 70-150 W/(m·K), nhiệt độ làm việc trên 600°C trong môi trường không oxy hóa, cường độ nén 150-300MPa
- ▸Cấu trúc đệm kín cơ khí cân bằng được khuyến nghị khi áp suất môi trường vượt quá 1,5MPa để giảm áp suất riêng trên mặt tiếp xúc và kéo dài tuổi thọ vòng đệm than chì carbon
- ▸Loại ngâm tẩm quyết định ứng dụng: furan cho axit/bazo mạnh, PTFE cho thiết bị thực phẩm và dược phẩm đảm bảo vệ sinh, antimony cho bơm dầu nhiệt độ cao 400°C
- ▸Than chì carbon làm mặt mềm kết hợp với silicon carbide hoặc tungsten carbide tạo thành cặp ma sát, tiêu chuẩn trong bơm hóa chất, máy nén, lò phản ứng và bơm nước ô tô
Một vòng đệm than chì carbon rời lò có độ xốp 10%–20% — nếu không ngâm tẩm, môi trường sẽ thấm qua các lỗ rỗng liên thông. Đó là lý do bước quyết định trong sản xuất vòng đệm là ngâm tẩm, phải giảm độ xốp xuống dưới 2%. Trên cơ sở đó, bài viết này trình bày thành phần vật liệu, cơ chế kín, cấu trúc điển hình và ứng dụng: ý nghĩa của hệ số ma sát khô 0,04–0,15, độ dẫn nhiệt 70–150 W/(m·K) và nhiệt độ làm việc trên 600°C trong môi trường không oxy hóa đối với điều kiện của bạn, cũng như các thông số kỹ thuật mà kỹ sư và người mua nên kiểm tra đầu tiên.
1. Thành phần vật liệu của vòng đệm than chì carbon
Vật liệu lõi của vòng đệm than chì carbon được sản xuất từ coke dầu mỏ, coke nhựa đường hoặc than chì dạng vảy làm nguyên liệu chính qua các bước phối liệu, trộn, ép, nung và graphit hóa. Khác với quặng than chì tự nhiên, đây là than chì carbon được chế tạo dưới sự kiểm soát quy trình nghiêm ngặt với tính chất vật lý và hóa học ổn định.
1.1 Tính chất của vật liệu cơ bản
Ma trận than chì carbon có nhiều tính năng nổi bật. Thứ nhất, nó có khả năng tự bôi trơn xuất sắc; cấu trúc tinh thể lớp cho hệ số ma sát thấp chỉ từ 0,04-0,15 trong điều kiện ma sát khô. Thứ hai, nó có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời, với nhiệt độ làm việc lâu dài trên 600°C trong môi trường không oxy hóa. Thứ ba, nó có độ ổn định hóa học cao, chống chịu hầu hết axit, bazơ và dung dịch muối. Thứ tư, độ dẫn nhiệt 70-150 W/(m·K) cao hơn nhiều so với nhựa kỹ thuật, giúp tản nhiệt nhanh từ mặt kín.
1.2 Tại sao phải ngâm tẩm
Than chì carbon nung chưa ngâm tẩm có độ xốp 10%-20%, cho phép môi trường thấm qua và rò rỉ. Do đó, sản xuất vòng đệm phải điền đầy các lỗ rỗng này bằng phương pháp ngâm tẩm. Các chất ngâm tẩm phổ biến gồm nhựa phenolic, nhựa furan, nhựa epoxy, kim loại antimony, hợp kim Babbitt và PTFE. Ngâm tẩm không chỉ giảm độ xốp xuống dưới 2%, mà còn tùy chỉnh khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn hoặc chịu nhiệt cao phù hợp với điều kiện vận hành cụ thể.
2. Nguyên lý kín của vòng đệm than chì carbon
Chức năng kín của đệm kín cơ khí dựa trên giao diện kín vi mô hình thành giữa vòng quay và vòng đứng yên. Than chì carbon thường được dùng làm mặt mềm, kết hợp với vật liệu cứng như silicon carbide, tungsten carbide hoặc gốm alumina tạo thành cặp ma sát.
2.1 Cơ chế kín mặt tiếp xúc
Hai mặt kín được ép chặt bởi lực lò xo và áp suất môi trường, về lý thuyết tạo thành tiếp xúc cứng. Tuy nhiên trong thực tế, do các gờ nhỏ trên bề mặt và sự tồn tại của một màng chất lỏng, một màng bôi trơn dày khoảng 0,5-3μm tồn tại giữa hai mặt. Màng này vừa bôi trơn vừa chịu một phần áp suất kín. Độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở thấp của than chì carbon đảm bảo nhiệt ma sát được dẫn đi kịp thời, ngăn ngừa bay hơi màng và hỏng do chạy khô.
2.2 Cấu trúc cân bằng và không cân bằng
Dựa trên tỷ lệ tải trọng áp suất môi trường lên mặt kín, đệm kín cơ khí được phân loại thành không cân bằng (hệ số tải B>1), cân bằng (B<1) và quá cân bằng. Với vòng đệm than chì carbon có cường độ nén điển hình 150-300MPa, cấu trúc cân bằng được khuyến nghị khi áp suất môi trường vượt quá 1,5MPa để giảm áp suất riêng trên mặt và kéo dài tuổi thọ đệm.
3. Các dạng cấu trúc điển hình
3.1 Vòng đệm nguyên khối
Vòng đệm than chì carbon nguyên khối có cấu trúc đơn giản, phù hợp với áp suất trung bình-thấp và kích thước nhỏ đến trung bình. Các dạng phổ biến gồm các mẫu tiêu chuẩn như G6, G60, 104 và 109. Các vòng này dễ gia công, nhưng do than chì carbon giòn, cần tránh đóng búa trong quá trình lắp ráp.
3.2 Vòng đệm hộp cartridge
Để tăng cường độ bền cấu trúc và tiết kiệm vật liệu đắt tiền, vòng đệm lớn thường sử dụng vỏ kim loại giữ vòng than chì carbon. Vòng kim loại chịu lực cơ học trong khi vòng than chì carbon đảm nhận chức năng kín. Cấu trúc này được sử dụng rộng rãi trong bơm hóa chất và bơm nhiệt độ cao.
3.3 Đệm kín bellows
Cho các ứng dụng nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh hoặc kết tinh, bellows kim loại thường thay thế lò xo và các phần tử kín phụ, kết hợp với vòng đứng yên bằng than chì carbon để tránh hỏng hóc do lão hóa các phần tử kín phụ.
4. Ứng dụng điển hình
Vòng đệm than chì carbon đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Trong bơm quy trình hóa chất, vòng graphite ngâm tẩm nhựa furan chịu được axit clohydric, axit sulfuric và các môi trường ăn mòn mạnh khác. Trong thiết bị thực phẩm và dược phẩm, vòng graphite ngâm tẩm PTFE đáp ứng yêu cầu vệ sinh. Trong bơm dầu nhiệt độ cao, vòng graphite ngâm tẩm antimony hoạt động liên tục ở 400°C. Trong bơm nước ô tô, vòng đệm kín cơ khí than chì carbon là cấu hình tiêu chuẩn ngành.
5. Kết luận
Hiểu rõ vật liệu, nguyên lý và cấu trúc của vòng đệm than chì carbon là nền tảng để lựa chọn và sử dụng đúng đắn. Huahao Sealing Co., Ltd. đã chuyên sâu về sản phẩm đệm kín than chì carbon nhiều năm và cung cấp giải pháp trọn gói từ lựa chọn vật liệu, thiết kế cấu trúc đến sản xuất hàng loạt. Chúng tôi sẽ tiếp tục chia sẻ các nội dung kỹ thuật chuyên sâu về lựa chọn, lắp đặt và bảo dưỡng. Mời quý vị đón đọc.