- ▸Сухие газовые уплотнения работают бесконтактно на газовой пленке толщиной всего 3–10 μм, при этом утечка в 10–100 раз меньше, чем у контактных уплотнений
- ▸Спиральные канавки перекачивают газ внутрь при вращении кольца; толщина пленки устанавливается там, где сила раскрытия уравновешивается силой закрытия, при этом углеродное графитовое кольцо служит несущей неподвижной поверхностью
- ▸Плоскостность поверхности 0,0009 мм и пористость ниже 2% после пропитки являются базовыми требованиями для стабильности пленки
- ▸Частицы — главный враг: все, что больше примерно 0,5 μм и попадает в пленку толщиной 3–10 μм, вызывает износ, поэтому требуется фильтрация газа уплотнения с размером частиц 0,3–1 μм
- ▸Графит выдерживает температуры выше 600 ℃ в неокисляющих атмосферах и допускает сухой ход при пуске и остановке, что делает его стандартным материалом для сопрягаемых колец сухих газовых уплотнений
Сухое газовое уплотнение работает без масла, бесконтактно и с минимальной утечкой на газовой пленке, толщиной более чем в десять раз меньше человеческого волоса. Половина его стабильности обеспечивается конструкцией спиральных канавок; другая половина — материалом и геометрией графитового кольца. В этой статье рассматривается механизм пленки и конкретные требования к графиту.
I. Как работает микронная газовая пленка
1.1 Откуда берется сила раскрытия
Вращающееся кольцо имеет спиральные канавки глубиной около 3–10 μм. При вращении газ уплотнения перекачивается с наружного диаметра внутрь; давление на корне канавки растет и вместе с незаглубленным уплотнительным уступом создает перепад давления, который раздвигает поверхности. Силы раскрытия и закрытия уравновешиваются при типичной толщине пленки около 3 μм.
1.2 Положение графитового кольца
В большинстве конструкций графитовое кольцо является неподвижным (или сопрягаемым) кольцом, обращенным к кольцу с канавками. Давление пленки нагружает его поверхность; оно также служит статическим уплотнением при остановке. Сухое трение при пуске и смешанное трение при остановке выдерживается благодаря самосмазывающимся свойствам графита — коэффициент сухого трения 0,04–0,15 — поэтому кратковременный контакт не повреждает пару.
II. Четыре требования к посадке графитового кольца
2.1 Плоскостность: геометрическое условие
При толщине пленки 3–10 μм плоскостность поверхности должна достигать 0,0009 мм (в пределах двух интерференционных полос). Отклонение 2–3 μм приводит к локальному разрушению пленки и переходу в твердый контакт.
2.2 Пористость и плотность пропитки
Давление газа значительно ниже давления жидкости, и молекулы газа мигрируют через связанные поры. Пористость после пропитки должна быть ниже 2%, а пропитка (обычно смолой или сурьмой) равномерно распределена, чтобы избежать локальных сквозных каналов.
2.3 Прочность и устойчивость к частицам
При прочности на сжатие 150–300 МПа графит далеко не достигает предела нагрузки; основная проблема — износ от трехфазного взаимодействия с частицами, попадающими в пленку. Мелкозернистая, плотная матрица с металлической пропиткой повышает твердость поверхности и заметно снижает глубину царапин.
2.4 Размерная стабильность
Внутри компрессора температура окружающей среды может превышать 150–200 ℃. Низкий коэффициент теплового расширения графита сильно отличается от большинства металлов, поэтому посадки в держателях должны рассчитываться с учетом интерференции по температурному диапазону, чтобы предотвратить ослабление или растрескивание при нагреве.
III. Поддерживающая система: газ уплотнения и фильтрация
При отказах сухих газовых уплотнений основную роль играют проблемы с подачей газа, в основном частицы и жидкости. Требования:
1.Фильтровать газ уплотнения до 0,3–1 μм с контролем перепада давления и сигнализацией о загрязнении фильтра
2.Продувать сухим азотом перед пуском и убедиться в отсутствии жидкостных включений перед подачей технологического газа
3.Поддерживать изоляционный газ при остановке, чтобы не допускать конденсации технологического газа на поверхностях
IV. Итог
Графитовое кольцо сухого газового уплотнения — это деталь с двойными требованиями: геометрически — плоскостность 0,0009 мм и соосность класса 0,01 мм; по материалу — пористость ниже 2%, равномерная пропитка, мелкозернистая матрица. Huahao Sealing поставляет углеродные и пропитанные графитовые кольца для сухих газовых уплотнений компрессоров и воздуходувок с полным контролем качества на всех этапах и поддержкой по чертежам, рекомендуя схему материалов в зависимости от рисунка поверхности и рабочей температуры.