Mehanska tesnilaigrajo zelo pomembno vlogo pri preprečevanju uhajanja v številnih različnih panogah. V pomorski industriji obstajajomehanska tesnila črpalke, mehanska tesnila vrteče se gredi. V naftni in plinski industriji pa obstajajomehanska tesnila v kartušah,deljena mehanska tesnila ali suha plinska mehanska tesnila. V avtomobilski industriji obstajajo vodna mehanska tesnila. V kemični industriji pa mehanska tesnila mešalnikov (mehanska tesnila mešalnikov) in mehanska tesnila kompresorjev.
Odvisno od različnih pogojev uporabe je potrebna mehanska tesnilna rešitev z različnim materialom. V uporabi je veliko vrst materialov.mehanska tesnila gredi kot so keramična mehanska tesnila, ogljikova mehanska tesnila, mehanska tesnila iz silikonskega karbida,SSIC mehanska tesnila inTC mehanska tesnila.
Keramična mehanska tesnila
Keramična mehanska tesnila so ključne komponente v različnih industrijskih aplikacijah, zasnovane tako, da preprečujejo puščanje tekočin med dvema površinama, kot sta vrteča se gred in stacionarno ohišje. Ta tesnila so zelo cenjena zaradi svoje izjemne odpornosti proti obrabi, koroziji in sposobnosti prenašanja ekstremnih temperatur.
Primarna vloga keramičnih mehanskih tesnil je ohranjanje celovitosti opreme s preprečevanjem izgube tekočine ali kontaminacije. Uporabljajo se v številnih panogah, vključno z naftno in plinsko industrijo, kemično predelavo, čiščenjem vode, farmacevtsko in živilskopredelovalno industrijo. Široko uporabo teh tesnil je mogoče pripisati njihovi trpežni konstrukciji; izdelana so iz naprednih keramičnih materialov, ki ponujajo boljše zmogljivosti v primerjavi z drugimi tesnilnimi materiali.
Keramična mehanska tesnila so sestavljena iz dveh glavnih komponent: ena je mehanska stacionarna površina (običajno izdelana iz keramičnega materiala) in druga je mehanska vrtljiva površina (običajno izdelana iz ogljikovega grafita). Tesnjenje se pojavi, ko se obe površini stisneta skupaj z vzmetno silo, kar ustvari učinkovito oviro proti puščanju tekočine. Med delovanjem opreme mazalni film med tesnilnima površinama zmanjša trenje in obrabo, hkrati pa ohranja tesno tesnjenje.
Ključni dejavnik, ki loči keramična mehanska tesnila od drugih vrst, je njihova izjemna odpornost proti obrabi. Keramični materiali imajo odlične lastnosti trdote, ki jim omogočajo, da prenesejo abrazivne pogoje brez večjih poškodb. To se posledično odrazi v daljši življenjski dobi tesnil, ki zahtevajo manj pogosto menjavo ali vzdrževanje kot tesnila iz mehkejših materialov.
Poleg odpornosti proti obrabi ima keramika tudi izjemno toplotno stabilnost. Prenese visoke temperature, ne da bi pri tem prišlo do degradacije ali izgube tesnilne učinkovitosti. Zaradi tega je primerna za uporabo v visokotemperaturnih aplikacijah, kjer bi drugi tesnilni materiali lahko prezgodaj odpovedali.
Nenazadnje keramična mehanska tesnila ponujajo odlično kemično združljivost in odpornost na različne korozivne snovi. Zaradi tega so privlačna izbira za panoge, ki se redno srečujejo z ostrimi kemikalijami in agresivnimi tekočinami.
Keramična mehanska tesnila so bistvenatesnila komponentzasnovani so za preprečevanje puščanja tekočin v industrijski opremi. Zaradi svojih edinstvenih lastnosti, kot so odpornost proti obrabi, toplotna stabilnost in kemična združljivost, so priljubljena izbira za različne aplikacije v več panogah.
| fizikalne lastnosti keramike | ||||
| Tehnični parameter | enota | 95 % | 99 % | 99,50 % |
| Gostota | g/cm3 | 3,7 | 3,88 | 3,9 |
| Trdota | HRA (Health Report) | 85 | 88 | 90 |
| Stopnja poroznosti | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Lomna trdnost | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Koeficient toplotnega raztezanja | 10(-6)/K | 5,5 | 5.3 | 5.2 |
| Toplotna prevodnost | Z/MK | 27,8 | 26,7 | 26 |
Karbonska mehanska tesnila
Mehansko ogljikovo tesnilo ima dolgo zgodovino. Grafit je izoforma elementa ogljika. Leta 1971 so Združene države Amerike uspešno preučevale fleksibilen grafitni mehanski tesnilni material, ki je rešil problem puščanja atomskega energijskega ventila. Po temeljiti predelavi fleksibilen grafit postane odličen tesnilni material, iz katerega se izdelujejo različna ogljikova mehanska tesnila z učinkom tesnilnih komponent. Ta ogljikova mehanska tesnila se uporabljajo v kemični, naftni in elektroenergetski industriji, kot so tesnila za visokotemperaturne tekočine.
Ker fleksibilni grafit nastane z ekspanzijo ekspandiranega grafita po visoki temperaturi, je količina interkalirnega sredstva, ki ostane v fleksibilnem grafitu, zelo majhna, vendar ne v celoti, zato prisotnost in sestava interkalirnega sredstva močno vplivata na kakovost in delovanje izdelka.
Izbira materiala za tesnilno površino iz ogljikovega karbona
Prvotni izumitelj je kot oksidant in interkalirno sredstvo uporabil koncentrirano žveplovo kislino. Vendar pa je bilo ugotovljeno, da majhna količina žvepla, ki je ostala v fleksibilnem grafitu, po dolgotrajni uporabi korodira kontaktno kovino. Glede na to so nekateri domači znanstveniki poskušali izboljšati grafit, kot je Song Kemin, ki je namesto žveplove kisline izbral ocetno kislino in organsko kislino. Z dušikovo kislino, ki se počasi raztopi v dušikovi kislini, in znižanjem temperature na sobno temperaturo, je bil narejen iz mešanice dušikove kisline in ocetne kisline. Z uporabo mešanice dušikove kisline in ocetne kisline kot vstavnega sredstva je bil pripravljen ekspandirani grafit brez žvepla s kalijevim permanganatom kot oksidantom, ocetna kislina pa je bila počasi dodana dušikovi kislini. Temperatura se je znižala na sobno temperaturo in je nastala mešanica dušikove kisline in ocetne kisline. Nato sta bila tej mešanici dodana naravni kosmičasti grafit in kalijev permanganat. Ob stalnem mešanju je temperatura dosegla 30 °C. Po 40 minutah reakcije se voda spere do nevtralnosti in posuši pri 50–60 °C, ekspandirani grafit pa je bil izdelan po ekspanziji pri visoki temperaturi. Ta metoda ne doseže vulkanizacije pod pogojem, da izdelek doseže določeno količino raztezanja, da se doseže relativno stabilna narava tesnilnega materiala.
| Vrsta | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Blagovna znamka | Impregnirano | Impregnirano | Impregnirani fenol | Antimonov ogljik (A) | |||||
| Gostota | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Lomna trdnost | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Tlačna trdnost | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Trdota | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Poroznost | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperature | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Mehanska tesnila iz silicijevega karbida
Silicijev karbid (SiC), znan tudi kot karborund, je narejen iz kremenčevega peska, naftnega koksa (ali premogovega koksa), lesnih sekancev (ki jih je treba dodati pri proizvodnji zelenega silicijevega karbida) in tako naprej. Silicijev karbid ima tudi redek mineral, murvo. V sodobnih C, N, B in drugih neoksidnih visokotehnoloških ognjevzdržnih surovinah je silicijev karbid eden najbolj razširjenih in ekonomičnih materialov, ki ga lahko imenujemo zlati jekleni pesek ali ognjevzdržni pesek. Trenutno je kitajska industrijska proizvodnja silicijevega karbida razdeljena na črni silicijev karbid in zeleni silicijev karbid, ki sta oba šesterokotna kristala z razmerjem 3,20 ~ 3,25 in mikrotrdoto 2840 ~ 3320 kg/m².
Izdelki iz silicijevega karbida so razvrščeni v več vrst glede na različna okolja uporabe. Na splošno se uporabljajo bolj mehansko. Na primer, silicijev karbid je idealen material za mehanska tesnila iz silicijevega karbida zaradi dobre kemične odpornosti proti koroziji, visoke trdnosti, visoke trdote, dobre odpornosti proti obrabi, majhnega koeficienta trenja in visoke temperaturne odpornosti.
Tesnilne obroče SIC lahko razdelimo na statične obroče, gibljive obroče, ploščate obroče in tako naprej. SiC silicij se lahko izdela v različne karbidne izdelke, kot so vrtljivi obroči iz silicijevega karbida, stacionarni sedeži iz silicijevega karbida, puše iz silicijevega karbida in tako naprej, v skladu s posebnimi zahtevami strank. Uporablja se lahko tudi v kombinaciji z grafitnim materialom, njegov koeficient trenja pa je manjši kot pri aluminijevi keramiki in trdih zlitinah, zato se lahko uporablja pri visokih PV vrednostih, zlasti v pogojih močnih kislin in močnih alkalij.
Zmanjšano trenje SIC je ena ključnih prednosti njegove uporabe v mehanskih tesnilih. SIC zato bolje prenaša obrabo kot drugi materiali, kar podaljšuje življenjsko dobo tesnila. Poleg tega zmanjšano trenje SIC zmanjšuje potrebo po mazanju. Pomanjkanje mazanja zmanjšuje možnost kontaminacije in korozije, kar izboljšuje učinkovitost in zanesljivost.
SIC ima tudi veliko odpornost proti obrabi. To pomeni, da lahko prenese neprekinjeno uporabo, ne da bi se poslabšal ali zlomil. Zaradi tega je idealen material za uporabo, ki zahteva visoko stopnjo zanesljivosti in vzdržljivosti.
Prav tako ga je mogoče ponovno brusiti in polirati, tako da je mogoče tesnilo v življenjski dobi večkrat obnoviti. Na splošno se uporablja bolj mehansko, na primer v mehanskih tesnilih zaradi dobre kemične odpornosti proti koroziji, visoke trdnosti, visoke trdote, dobre odpornosti proti obrabi, majhnega koeficienta trenja in visoke temperaturne odpornosti.
Ko se silicijev karbid uporablja za mehanska tesnila, izboljša delovanje, podaljša življenjsko dobo tesnila, zniža stroške vzdrževanja in zniža obratovalne stroške rotacijske opreme, kot so turbine, kompresorji in centrifugalne črpalke. Silicijev karbid ima lahko različne lastnosti, odvisno od načina izdelave. Reakcijsko vezan silicijev karbid nastane z vezavo delcev silicijevega karbida med seboj v reakcijskem procesu.
Ta postopek ne vpliva bistveno na večino fizikalnih in toplotnih lastnosti materiala, vendar omejuje njegovo kemično odpornost. Najpogostejše kemikalije, ki povzročajo težave, so kavstične snovi (in druge kemikalije z visokim pH) in močne kisline, zato se reakcijsko vezani silicijev karbid v teh aplikacijah ne sme uporabljati.
Reakcijsko sintrano infiltriranosilicijev karbid. V takšnem materialu se pore prvotnega SIC materiala med infiltracijo zapolnijo z izgorevanjem kovinskega silicija, s čimer se pojavi sekundarni SiC in material pridobi izjemne mehanske lastnosti ter postane odporen proti obrabi. Zaradi minimalnega krčenja se lahko uporablja pri izdelavi velikih in kompleksnih delov z ozkimi tolerancami. Vendar pa vsebnost silicija omejuje najvišjo obratovalno temperaturo na 1350 °C, kemična odpornost pa je prav tako omejena na približno pH 10. Material ni priporočljiv za uporabo v agresivnih alkalnih okoljih.
SintranoSilicijev karbid se pridobiva s sintranjem predhodno stisnjenega zelo finega granulata SIC pri temperaturi 2000 °C, da se med zrni materiala tvorijo močne vezi.
Najprej se mreža zgosti, nato se poroznost zmanjša in na koncu se vezi med zrni spečejo. Pri takšni obdelavi pride do znatnega krčenja izdelka – za približno 20 %.
Tesnilni obroč SSIC je odporen na vse kemikalije. Ker v svoji strukturi ne vsebuje kovinskega silicija, se lahko uporablja pri temperaturah do 1600 °C, ne da bi to vplivalo na njegovo trdnost.
| lastnosti | R-SiC | S-SiC |
| Poroznost (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Gostota (g/cm3) | 3,05 | 3,1~3,15 |
| Trdota | 110~125 (visokotlačni) | 2800 (kg/mm2) |
| Elastični modul (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Vsebnost SiC (%) | ≥85 % | ≥99 % |
| Vsebnost silicija (%) | ≤15 % | 0,10 % |
| Upogibna trdnost (MPa) | ≥350 | 450 |
| Tlačna trdnost (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Koeficient toplotnega raztezanja (1/℃) | 4,5 × 10⁻⁶ | 4,3 × 10⁻⁶ |
| Toplotna odpornost (v atmosferi) (℃) | 1300 | 1600 |
TC mehansko tesnilo
TC materiali imajo značilnosti visoke trdote, trdnosti, odpornosti proti obrabi in koroziji. Znani so kot "industrijski zob". Zaradi svojih vrhunskih lastnosti se pogosto uporabljajo v vojaški industriji, vesoljski industriji, mehanski obdelavi, metalurgiji, vrtanju nafte, elektronskih komunikacijah, arhitekturi in drugih področjih. Na primer, v črpalkah, kompresorjih in mešalih se volframov karbidni obroči uporabljajo kot mehanska tesnila. Zaradi dobre odpornosti proti obrabi in visoke trdote so primerni za izdelavo delov, odpornih proti obrabi, visokim temperaturam, trenju in koroziji.
Glede na kemijsko sestavo in uporabne značilnosti lahko TC razdelimo v štiri kategorije: volfram-kobalt (YG), volfram-titan (YT), volfram-titan (YW) in titanov karbid (YN).
Trda zlitina volframovega kobalta (YG) je sestavljena iz WC in Co. Primerna je za obdelavo krhkih materialov, kot so lito železo, neželezne kovine in nekovinski materiali.
Stelit (YT) je sestavljen iz WC, TiC in Co. Zaradi dodatka TiC zlitini se izboljša njena odpornost proti obrabi, vendar se zmanjšajo upogibna trdnost, brusilna zmogljivost in toplotna prevodnost. Zaradi svoje krhkosti pri nizkih temperaturah je primeren le za hitro rezanje splošnih materialov in ne za obdelavo krhkih materialov.
Zlitini se doda volfram, titan, tantal (niobij) in kobalt (YW), da se z ustrezno količino tantalovega ali niobijevega karbida poveča trdota pri visokih temperaturah, trdnost in odpornost proti obrabi. Hkrati se izboljša tudi žilavost z boljšo celovito rezalno zmogljivostjo. Uporablja se predvsem za trde rezalne materiale in občasno rezanje.
Karbonizirani titan osnovnega razreda (YN) je trda zlitina s trdo fazo TiC, niklja in molibdena. Njene prednosti so visoka trdota, odpornost proti vezavi, obrabi in oksidaciji. Pri temperaturah nad 1000 stopinj ga je še vedno mogoče strojno obdelovati. Uporablja se za neprekinjeno končno obdelavo legiranega jekla in kaljenje jekla.
| model | vsebnost niklja (mas. %) | gostota (g/cm²) | trdota (HRA) | upogibna trdnost (≥N/mm²) |
| YN6 | 5,7–6,2 | 14,5–14,9 | 88,5–91,0 | 1800 |
| YN8 | 7,7–8,2 | 14,4–14,8 | 87,5–90,0 | 2000 |
| model | vsebnost kobalta (mas. %) | gostota (g/cm²) | trdota (HRA) | upogibna trdnost (≥N/mm²) |
| YG6 | 5,8–6,2 | 14,6–15,0 | 89,5–91,0 | 1800 |
| YG8 | 7,8–8,2 | 14,5–14,9 | 88,0–90,5 | 1980 |
| YG12 | 11,7–12,2 | 13,9–14,5 | 87,5–89,5 | 2400 |
| YG15 | 14,6–15,2 | 13,9–14,2 | 87,5–89,0 | 2480 |
| YG20 | 19,6–20,2 | 13,4–13,7 | 85,5–88,0 | 2650 |
| YG25 | 24,5–25,2 | 12,9–13,2 | 84,5–87,5 | 2850 |