Механические уплотнения для высокотемпературных применений

В высокотемпературных промышленных средах сохранение целостности и надежности механических уплотнений имеет первостепенное значение. Требуются специальные материалы и конструкции, чтобы выдерживать экстремальные термические нагрузки и предотвращать утечки в критических приложениях.

В данной статье будут рассмотрены основные соображения и решения для механических уплотнений, работающих в условиях высоких температур.

Распространенные виды отказов из-за высоких температур

Термическая деградация материалов уплотнительных поверхностей

Высокие температуры могут вызвать термическую деградацию уплотнительное лицо материалов, что приводит к преждевременному износу и выходу из строя. Тепло, выделяемое во время работы, может разрушить молекулярную структуру поверхностей уплотнения, что приведет к потере ими механических свойств и размерной стабильности. Это ухудшение может привести к увеличению утечки, снижению эффективности уплотнения и, в конечном итоге, к выходу уплотнения из строя.

Тепловое расширение и деформация

Дифференциальное тепловое расширение между компонентами уплотнения и окружающим оборудованием может вызвать деформацию и несоосность поверхностей уплотнения. По мере повышения температуры различные материалы расширяются с разной скоростью, что может привести к образованию зазоров или деформации поверхностей уплотнения. Такая деформация может привести к увеличению утечки, ускоренному износу и снижению эффективности уплотнения.

Разрушение и нагарообразование смазочных материалов

Высокие температуры могут вызвать разрушение и обугливание смазочных материалов, используемых в механических уплотнениях. Тепло может ухудшить свойства смазки, снижая ее эффективность в минимизации трения и износа между уплотнительными поверхностями. Обугливание происходит, когда смазка разрушается и образует твердые, абразивные углеродистые отложения на уплотнительных поверхностях, что приводит к ускоренному износу и утечкам.

Вторичная деградация уплотнения

Высокотемпературная среда может также влиять на вторичные уплотнения, такие как уплотнительные кольца или прокладки, используемые в механических уплотнениях. Эти уплотнения обычно изготавливаются из эластомерных материалов, которые могут деградировать и терять свою эластичность при воздействии высоких температур. Деградация вторичных уплотнений может привести к утечке, что ставит под угрозу общую эффективность уплотнения механическая печать.

Термический шок и цикличность

Быстрые изменения температуры, известные как тепловой удар, могут вызвать значительную нагрузку на компоненты механического уплотнения. Тепловые циклы, когда уплотнение подвергается повторяющимся циклам нагрева и охлаждения, могут привести к усталости и растрескиванию поверхностей уплотнения и других компонентов. Эти термические напряжения могут сократить срок службы уплотнения и увеличить вероятность преждевременного выхода из строя.

Типы механических уплотнений для высоких температур

При выборе механических уплотнений для высокотемпературных применений важно учитывать особые конструктивные особенности, которые обеспечивают надежную работу в экстремальных условиях. В высокотемпературных средах обычно используются следующие типы механических уплотнений:

Одиночные уплотнения

Одинарные механические уплотнения состоят из одного набора уплотнительных поверхностей, обычно изготовленных из материалов, способных выдерживать высокие температуры. Эти уплотнения часто используются в приложениях, где технологическая жидкость не является высоколетучей или опасной. Основные материалы уплотнительных поверхностей для высокотемпературных одинарных уплотнений включают:

• Карбид кремния: обеспечивает отличную термостойкость и стойкость к тепловым ударам.
• Карбид вольфрама: обеспечивает высокую твердость и износостойкость при повышенных температурах.
• Углеродный графит: обладает хорошей теплопроводностью и самосмазывающимися свойствами.

Для повышения эффективности одинарных уплотнений в условиях высоких температур в конструкцию уплотнения могут быть включены дополнительные элементы, такие как охлаждающие рубашки, ребра для рассеивания тепла и тепловые барьеры.

Двойные уплотнения

Двойные механические уплотнения обеспечивают дополнительный уровень защиты в высокотемпературных средах, что делает их пригодными для использования в опасных или летучих жидкостях. Эти уплотнения состоят из двух наборов уплотнительных поверхностей, между которыми циркулирует барьерная жидкость. Барьерная жидкость служит для смазки уплотнительных поверхностей, рассеивания тепла и предотвращения утечки технологической жидкости в атмосферу.

Некоторые часто используемые барьерные жидкости включают:

• Жидкости на основе гликоля: обладают хорошей термической стабильностью и теплопередающими свойствами.
• Жидкости на основе перфторполиэфира (ПФПЭ): обеспечивают превосходную химическую и термическую стойкость.
• Жидкости на основе силикона: обладают хорошей термической стабильностью и низкой летучестью.

Двойные уплотнения для высокотемпературных применений могут также включать системы охлаждения, такие как теплообменники или воздухоохладители, для поддержания температуры затворной жидкости в приемлемых пределах.

Картриджные уплотнения

Картриджные механические уплотнения представляют собой предварительно собранные узлы, которые объединяют уплотнительные компоненты, пластину сальника и втулку в единый, простой в установке пакет. Эти уплотнения предлагают несколько преимуществ в высокотемпературных применениях, включая:

• Упрощенная установка и обслуживание: картриджные уплотнения снижают риск неправильной сборки и минимизируют время простоя при замене уплотнений.
• Улучшенное выравнивание уплотнительных поверхностей: предварительно собранная конструкция обеспечивает правильное выравнивание уплотнительных поверхностей, снижая риск преждевременного выхода из строя из-за несоосности.
• Улучшенная защита от утечек: картриджные уплотнения часто включают в себя вторичные уплотнительные элементы, такие как уплотнительные кольца или прокладки, для предотвращения утечек между компонентами уплотнения и оборудованием.

Выбор материала