ड्राई-रनिंग मैकेनिकल सील के लिए सामग्री

सूखी चल रहा मेकेनिकल सील ऐसी चरम स्थितियों का सामना करना पड़ता है जो पारंपरिक सामग्रियों को मिनटों में नष्ट कर देती हैं। इन सीलों को बहुत कम या बिना किसी स्नेहन के काम करना पड़ता है, जिससे तीव्र घर्षण और गर्मी उत्पन्न होती है जो 400°C से भी अधिक हो सकती है। सही सामग्री का चयन यह निर्धारित करता है कि आपकी सील वर्षों तक चलेगी या बुरी तरह विफल हो जाएगी।

दो महत्वपूर्ण घटकों के लिए विशेष सामग्रियों की आवश्यकता होती है: सील फेस (जो प्राथमिक सील बनाते हैं) और द्वितीयक सील (ओ-रिंग और गास्केट जो असेंबली के चारों ओर रिसाव को रोकते हैं)।

सील फेस सामग्री

कार्बन ग्रेफाइट

कार्बन-ग्रेफाइट शुष्क-चलन सील के लिए एक उपयोगी पदार्थ है क्योंकि यह अपना स्नेहन स्वयं बनाता है। ग्रेफाइट संरचना स्वाभाविक रूप से आणविक परतों के साथ-साथ खिसकती है, और संचालन के दौरान विपरीत सतह पर एक सूक्ष्म स्नेहक फिल्म जमा करती है। इस स्व-स्नेहन व्यवहार का अर्थ है कि सील अनिवार्य रूप से ग्रेफाइट-ऑन-ग्रेफाइट इंटरफ़ेस पर चलती है, न कि विनाशकारी धातु-ऑन-धातु संपर्क पर।

• शुद्ध कार्बन-ग्रेफाइट सील में प्रभावी ढंग से काम करने के लिए इसे और बेहतर बनाने की ज़रूरत है। निर्माता मज़बूती और तापमान प्रतिरोध बढ़ाने के लिए छिद्रयुक्त कार्बन को रेजिन, धातु या विशेष योजकों से संसेचित करते हैं। रेजिन-संसेचित कार्बन 250°C तक के तापमान को सहन कर सकता है और अधिकांश रसायनों का प्रतिरोध करता है, जिससे यह सामान्य अनुप्रयोगों के लिए एक मानक विकल्प बन जाता है।
• धातु-संसेचित कार्बनआमतौर पर एंटीमनी से भरे होने के कारण, ये सील की कठिन परिस्थितियों में और भी बेहतर प्रदर्शन करते हैं। एंटीमनी भरने से तापीय चालकता बढ़ती है, जिससे सील को नुकसान पहुँचाने वाली गर्मी को नष्ट करने में मदद मिलती है। ये ग्रेड अपने स्नेहन गुणों को बनाए रखते हुए 370°C पर लगातार काम कर सकते हैं।

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)

सिलिकॉन कार्बाइड शुष्क-चलन अनुप्रयोगों में कठोर सील सतहों के लिए स्वर्ण मानक बन गया है। इसकी अत्यधिक कठोरता (हीरे के बाद दूसरे स्थान पर) और असाधारण तापीय चालकता इसे उन परिस्थितियों में भी टिकने में सक्षम बनाती है जिनमें अन्य सिरेमिक टूट जाते हैं। SiC, घर्षण क्षेत्र से ऊष्मा का संचालन एल्युमिना की तुलना में पाँच गुना बेहतर तरीके से करता है, जिससे उन गर्म स्थानों को रोका जा सकता है जो... सील विफलता.

सील अनुप्रयोगों में दो मुख्य प्रकार अलग-अलग आवश्यकताओं की पूर्ति करते हैं।

• प्रतिक्रिया-बंधित SiC इसमें 8-12% मुक्त सिलिकॉन होता है, जो इसके रासायनिक प्रतिरोध को pH 4-11 तक सीमित कर देता है, लेकिन उत्कृष्ट घिसाव गुण प्रदान करता है।
• प्रत्यक्ष-सिन्टरेड SiC लगभग 100% शुद्धता प्रदान करता है, बेहतर ताकत बनाए रखते हुए लगभग सभी रसायनों का प्रतिरोध करता है।

इस सामग्री की मुख्य कमजोरी भंगुरता है - तापमान में तीव्र परिवर्तन से विनाशकारी दरारें पड़ सकती हैं।

इंजीनियर अक्सर आदर्श संयोजन बनाने के लिए SiC को कार्बन-ग्रेफाइट सतहों के साथ जोड़ते हैं। कार्बन स्नेहन प्रदान करता है जबकि SiC एक कठोर, ऊष्मा-चालक सतह प्रदान करता है जो घिसाव को रोकता है और गर्मी को प्रभावी ढंग से नष्ट करता है।

टंगस्टन कार्बाइड (WC)

टंगस्टन कार्बाइड उन सतहों को सील करने के लिए यांत्रिक मजबूती प्रदान करता है जहाँ सिलिकॉन कार्बाइड के टूटने की संभावना हो सकती है। WC में टंगस्टन कार्बाइड के दाने होते हैं जिन्हें कोबाल्ट या निकल बाइंडर के साथ सीमेंट किया जाता है, जिससे एक ऐसा पदार्थ बनता है जो कंपन और यांत्रिक झटकों को किसी भी सिरेमिक से बेहतर तरीके से झेल सकता है। यह मजबूती इसे कैविटेशन या रुक-रुक कर चलने वाले पंपों के लिए उपयोगी बनाती है।

यह पदार्थ स्वयं स्नेहन नहीं कर सकता, जिससे यह कठोर सतहों पर शुष्क संचालन के लिए अनुपयुक्त हो जाता है। विनाशकारी घर्षण और गैलिंग से बचने के लिए टंगस्टन कार्बाइड सतहों को हमेशा कार्बन-ग्रेफाइट के विरुद्ध चलाना चाहिए। उचित युग्मन के साथ भी, कार्बन के साथ अपने उच्च घर्षण गुणांक के कारण WC, SiC की तुलना में अधिक ऊष्मा उत्पन्न करता है।

तेल-स्नेहन सेवाओं और मध्यम परिस्थितियों में, जहाँ इसकी मजबूती उपयोगी होती है, WC अभी भी लोकप्रिय है। वास्तव में शुष्क या उच्च तापमान वाले अनुप्रयोगों के लिए, सिलिकॉन कार्बाइड ने बड़े पैमाने पर इसका स्थान ले लिया है।

इलास्टोमेर ओ-रिंग सामग्री

एथिलीन प्रोपलीन डायने मोनोमर (ईपीडीएम)

ईपीडीएम गर्म पानी और भाप के अनुप्रयोगों में उत्कृष्ट है, 150°C तक लचीलापन बनाए रखता है और 180°C तक थोड़े समय के लिए ही सही रहता है। संतृप्त पॉलीमर बैकबोन ओज़ोन और नाइट्राइल को नष्ट करने वाले अपक्षय का प्रतिरोध करता है, जिससे यह खुले प्रतिष्ठानों के लिए उपयुक्त हो जाता है। भाप-शीतलित सील और कास्टिक सेवाएँ विशेष रूप से ईपीडीएम के रासायनिक प्रतिरोध से लाभान्वित होती हैं।

इस पदार्थ की सबसे बड़ी कमज़ोरी पेट्रोलियम उत्पादों के साथ इसकी असंगति है। ईपीडीएम तेल और हाइड्रोकार्बन सॉल्वैंट्स में विनाशकारी रूप से फूल जाता है, जिससे यह किसी भी तेल-स्नेहक उपकरण के लिए अनुपयुक्त हो जाता है। यहाँ तक कि असेंबली स्नेहक भी पेट्रोलियम-आधारित के बजाय सिलिकॉन-आधारित होना चाहिए।

फ्लोरोकार्बन (FKM, उदाहरणार्थ विटोन®)

एफकेएम इलास्टोमर्स, 200°C निरंतर तापमान रेटिंग और व्यापक रासायनिक प्रतिरोध के संयोजन से, मांग वाले सील अनुप्रयोगों के लिए उद्योग मानक बन गए हैं। विटन ओ-रिंग तेल, ईंधन, अम्ल और अधिकांश विलायकों को संभालते हैं और ऐसे तापमान पर भी सील की अखंडता बनाए रखते हैं जो अन्य रबर को नष्ट कर देते हैं। कम गैस पारगम्यता एफकेएम को वैक्यूम और गैस सील अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है।

लेकिन यह पदार्थ गर्म पानी, भाप और मजबूत क्षारों में विफल हो जाता है, जिससे इसका तेजी से क्षरण होता है। अमीन और कुछ ध्रुवीय विलायक भी मानक FKM ग्रेड पर हमला करते हैं।

ज़्यादातर ड्राई-रनिंग सील्स में डिफ़ॉल्ट रूप से FKM O-रिंग का इस्तेमाल होता है। ऊष्मा प्रतिरोध और रासायनिक अनुकूलता का यह संयोजन ज़्यादातर औद्योगिक अनुप्रयोगों को कवर करता है, जो बुनियादी इलास्टोमर्स की तुलना में मामूली लागत को उचित ठहराता है।

AFLAS (TFE/P कोपोलीमर)

एएफएलएएस उस कमी को पूरा करता है जहाँ एफकेएम विफल हो जाता है, खासकर भाप और अमीन सेवाओं में। यह टेट्राफ्लुओरोएथिलीन-प्रोपाइलीन कोपोलिमर 200°C पर स्थिरता बनाए रखता है और साथ ही विटोन को नष्ट करने वाले क्षारों और भाप का प्रतिरोध करता है। तेल और गैस अनुप्रयोगों में, खट्टी गैस और अमोनिया प्रतिरोध के लिए एएफएलएएस को विशेष रूप से महत्व दिया जाता है।

एफकेएम की तुलना में यह पदार्थ कुछ हाइड्रोकार्बन प्रतिरोध का त्याग करता है। सुगंधित विलायक और क्लोरीनयुक्त यौगिक एएफएलएएस में अधिक सूजन पैदा करते हैं, जिससे कुछ रासायनिक प्रक्रियाओं में इसका उपयोग सीमित हो जाता है।

उच्च दाब वाली भाप या अमीन संक्षारण अवरोधकों के संपर्क में आने वाली रिफ़ाइनरी सीलों पर अक्सर AFLAS का प्रयोग किया जाता है। इस सामग्री की लागत मानक FKM से ज़्यादा लेकिन परफ़्लोरोइलास्टोमर्स से कम होती है, जो विशिष्ट रासायनिक चुनौतियों के लिए एक किफ़ायती समाधान प्रदान करती है।

पेरफ्लुओरोएलास्टोमेर (एफएफकेएम, उदाहरण के लिए कालरेज़®)

परफ्लुओरोइलास्टोमर्स इलास्टोमर तकनीक के शिखर का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो लगभग सभी रसायनों का प्रतिरोध करते हुए 280°C (विशेष ग्रेड 330°C तक) तक के निरंतर तापमान पर टिके रहते हैं। FFKM, PTFE की रासायनिक निष्क्रियता को वास्तविक रबर लोच के साथ जोड़ता है, जिससे अन्य इलास्टोमर्स को कार्बनीकृत करने वाले तापमान पर भी सील बल बना रहता है।

इस सामग्री के असाधारण गुणों की असाधारण कीमत होती है – अक्सर FKM से 10-50 गुना ज़्यादा। इसके यांत्रिक गुण मानक इलास्टोमर्स से थोड़े कमतर होते हैं, इसलिए स्थापना के दौरान सावधानीपूर्वक रखरखाव की आवश्यकता होती है।

जब कुछ भी नहीं बचता, तो FFKM ज़रूरी हो जाता है। गर्म क्लोरीन कम्प्रेसर, आक्रामक वैक्यूम प्रक्रियाएँ, और अर्धचालक निर्माण, सभी के लिए FFKM के तापमान और रासायनिक प्रतिरोध के अनूठे संयोजन की आवश्यकता होती है।

गैर-इलास्टोमर द्वितीयक सील

PTFE ओ-रिंग्स / एनकैप्सुलेटेड ओ-रिंग्स

PTFE सार्वभौमिक रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करता है और 232°C पर निरंतर कार्य करता है, लेकिन इसमें गतिशील सीलिंग के लिए आवश्यक लोच का अभाव होता है। शुद्ध PTFE ओ-रिंग केवल स्थिर अनुप्रयोगों में ही काम करते हैं जहाँ उन्हें यांत्रिक रूप से संपीड़ित किया जा सकता है। भार के तहत इस पदार्थ की शीत-प्रवाह की प्रवृत्ति के कारण सील धीरे-धीरे खराब हो जाती है।

कैप्सुलेटेड ओ-रिंग्स, रबर कोर के चारों ओर PTFE आवरण लपेटकर, लोच की समस्या का समाधान करती हैं। यह डिज़ाइन गीली सतह पर रासायनिक प्रतिरोध प्रदान करते हुए लोच की पुनर्प्राप्ति को बनाए रखता है। PTFE जैकेट, कोर को आक्रामक रसायनों से बचाता है जो उजागर इलास्टोमर्स को नष्ट कर सकते हैं।

ये हाइब्रिड सील अति-संक्षारक अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। जब इलास्टोमर विकल्प समाप्त हो जाते हैं, तो धुएँदार अम्ल, प्रबल ऑक्सीकारक और उच्च-तापमान ऑक्सीजन सेवाएँ, सभी PTFE की निष्क्रियता से लाभान्वित होते हैं।

लचीला ग्रेफाइट (ग्रेफाइट पन्नी)

लचीला ग्रेफाइट अत्यधिक तापमान पर भी टिक सकता है जो सभी कार्बनिक पदार्थों को नष्ट कर देता है – हवा में 455°C तक और निष्क्रिय वातावरण में 1000°C से अधिक। शुद्ध कार्बन संरचना उच्च तापमान पर प्रबल ऑक्सीकारकों को छोड़कर लगभग सभी रसायनों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करती है। इस पदार्थ की परतदार संरचना कुछ हद तक स्व-स्नेहन प्रदान करती है, जो शुष्क-चलन स्थितियों में लाभदायक है।

ग्रेफाइट में लचीलापन बिल्कुल नहीं होता, इसलिए सील बल बनाए रखने के लिए यांत्रिक संपीड़न की आवश्यकता होती है। भंगुर चादरें संभालने के दौरान आसानी से टूट जाती हैं और उचित सहारे के बिना उच्च दबाव में बाहर निकल सकती हैं। स्थापना के लिए अनुभवी तकनीशियनों और विशेष खांचे वाले डिज़ाइनों की आवश्यकता होती है।

250°C से ऊपर के उच्च-तापमान वाले मैकेनिकल सील में द्वितीयक सीलिंग के लिए लचीले ग्रेफाइट का उपयोग अनिवार्य रूप से किया जाता है। API 682 श्रेणी III सील, इलास्टोमर्स के कार्बनीकरण के समय ग्रेफाइट का उपयोग निर्दिष्ट करती हैं। बिजली संयंत्र और रिफाइनरियाँ बॉयलर फीड पंपों और गर्म तेल सेवाओं के लिए ग्रेफाइट के तापमान प्रतिरोध पर निर्भर करती हैं।

धातु धौंकनी

धातु धौंकनी स्प्रिंग बल और सीलिंग दोनों प्रदान करने के लिए वेल्डेड धातु कन्वोल्यूशन का उपयोग करके, गतिशील ओ-रिंगों को पूरी तरह से हटा दें। यह पूर्णतः धातु-निर्मित संरचना अत्यधिक तापमान और आक्रामक रसायनों के प्रभाव को झेल सकती है जो किसी भी नरम सील को नष्ट कर देते हैं। बेलो अक्षीय रूप से लचीला होता है और एक वायुरोधी सील बनाए रखता है, जिससे शुष्क परिस्थितियों में गतिशील ओ-रिंगों की चिपक-फिसलने की समस्या से बचा जा सकता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

पूरी तरह से सूखी रनिंग के लिए सबसे अच्छा सील फेस संयोजन क्या है?

सिलिकॉन कार्बाइड के साथ कार्बन-ग्रेफाइट का संयोजन शुष्क परिस्थितियों के लिए सर्वोत्तम संयोजन प्रदान करता है। कार्बन एक चिकनाई वाली परत जमा करता है जबकि SiC ऊष्मा को प्रभावी ढंग से नष्ट करता है, जिससे तरल चिकनाई के बिना निरंतर संचालन संभव होता है।

ड्राई-रनिंग सील कितने गर्म तापमान पर काम कर सकती है?

मानक कार्बन/SiC संयोजन 370°C तक काम करते हैं, जबकि ग्रेफाइट-लोडेड SiC या डायमंड कोटिंग जैसी विशेष सामग्री 400°C से अधिक तापमान पर काम कर सकती है। द्वितीयक सील सामग्री आमतौर पर अधिकतम तापमान को सीमित कर देते हैं, जिसमें एफएफकेएम इलास्टोमर 330 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है और लचीला ग्रेफाइट 450 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर जीवित रहता है।

ड्राई-रनिंग सील्स में ओ-रिंग क्यों विफल हो जाते हैं?

जब घर्षण ऊष्मा उनके तापमान से अधिक हो जाती है, तो ओ-रिंग तापीय क्षरण के कारण विफल हो जाते हैं। मानक नाइट्राइल 120°C से ऊपर कठोर हो जाता है, जबकि उच्च-प्रदर्शन वाले FKM इलास्टोमर्स भी उचित ताप प्रबंधन के बिना 230°C से ऊपर कार्बनीकृत हो जाते हैं।

क्या दो कठोर चेहरे एक साथ सूख सकते हैं?

SiC-on-SiC जैसे पारंपरिक हार्ड फेस पेयर अत्यधिक घर्षण के कारण स्नेहन के बिना जल्दी खराब हो जाते हैं। ग्रेफाइट-युक्त सिलिकॉन कार्बाइड, सिरेमिक मैट्रिक्स के भीतर स्नेहक ग्रेफाइट कणों को समाहित करके हार्ड-हार्ड संयोजनों को सक्षम बनाता है।

कभी-कभार ड्राई रनिंग के लिए सबसे किफायती सामग्री संयोजन क्या है?

एफकेएम ओ-रिंग्स के साथ प्रतिक्रिया-बंधित सिलिकॉन कार्बाइड के विरुद्ध रेज़िन-संसेचित कार्बन, मध्यम लागत पर अच्छी शुष्क-चलन सहनशीलता प्रदान करता है। यह संयोजन प्रीमियम सामग्रियों के बिना अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों में रुक-रुक कर होने वाली शुष्क परिस्थितियों को संभाल सकता है।