- ▸PV = давление на торец × средняя скорость скольжения; это первый параметр для выбора — вычислите PV, затем подберите пару
- ▸Стандартная высоко-PV пара — углеродный графит (мягкое кольцо) против карбида кремния (жесткое кольцо), обеспечивающая баланс низкого трения, теплопроводности и стойкости к твердым частицам
- ▸Возможности по PV сильно зависят от пропитки: пропитка смолой даёт самый низкий показатель, металлическая пропитка с сурьмой — самый высокий, в несколько раз выше
- ▸При выборе рабочий PV поддерживают на уровне 1/2–1/3 от предела материала — коэффициент запаса 2-3 раза
- ▸Работа при высоком PV требует промывного охлаждения; теплопроводность графита 70-150 W/(m·K) отводит тепло, но тепло должно куда-то уходить
- ▸Теплопроводность углеродного графита на порядки выше, чем у типичных материалов уплотнений — именно поэтому он используется в высоко-PV парах
Выбор материала для торцевых уплотнений не начинается с подбора материала и последующей проверки; он начинается с вычисления PV. PV объединяет давление, скорость и размер торца в одно число — наиболее прямой показатель тепловой нагрузки на пару.
I. Сначала вычислите PV: три входных параметра, одна формула
PV = давление на торец (MPa) × средняя скорость торца (м/с).
1.Давление на торец определяется давлением среды, балансом сил и нагрузкой пружины, обычно 0,3-0,6 МПа в проекте
2.Скорость определяется числом оборотов и средним диаметром торца, обычно 5-30 м/с в насосных уплотнениях
3.Их произведение измеряет плотность мощности трения
Для примера (не конкретный проект): 0,4 МПа × 20 м/с = 8 МПа·м/с — в несколько раз превышает сухой предел графита с пропиткой смолой (1-2 МПа·м/с), требует жидкостной смазки и охлаждения, а также материала с высоким PV.
II. Как подобрать пару: мягкое против жесткого
Основная высоко-PV пара — углеродный графит против карбида кремния.
1.Мягкое кольцо из графита: самосмазывающееся, хорошо притирается, теплопроводность 70-150 W/(m·K) отводит тепло
2.Жесткое кольцо из SiC: чрезвычайная твердость, стойкость к твердым частицам и химии, низкое трение по отношению к графиту
3.Пары мягкое/мягкое (графит/графит) подходят только для низко-PV чистых условий; пары жесткое/жесткое (SiC/SiC) устойчивы к износу, но плохо переносят сухой ход и удары, применяются в основном для вязких сред с твердыми включениями
Логика подбора пары: пусть легко заменяемое мягкое кольцо изнашивается, а жесткое кольцо сохраняет геометрию торца.
III. Лестница PV возможностей марок графита
Один и тот же углеродный графит, разная пропитка — разная способность к PV.
- Пропитка смолой: универсальная, лучшая коррозионная стойкость, самый низкий PV
- Пропитка сурьмой: повышенная прочность и теплопроводность, прочность на сжатие 250-300 МПа, самый высокий PV для работы с твердыми частицами
- Пропитка PTFE: специалист по сухому ходу и химическим средам с низким трением
- Прочность углеродного графита на сжатие варьируется от 150 до 300 МПа, регулируется пропиткой и составом
IV. Коэффициент запаса и охлаждение
Лабораторные пределы PV необходимо снижать в инженерных расчетах: рабочий PV — 1/2–1/3 от предела.
Поддерживающие меры одинаково важны при высоком PV:
1.Системы промывки для снижения температуры в камере уплотнения (существует система API 682)
2.Путь отвода тепла — как бы ни была хороша теплопроводность графита, тепло, задерживающееся в камере, должно уходить
3.Регулируемая нагрузка на торец, тонкая настройка после пробных запусков по росту температуры и утечкам
Huahao Sealing вычисляет PV исходя из среды, давления, скорости и размера вала заказчика и рекомендует марку пропитки; индивидуальные заказы начинаются с расчёта выбора, а не с размеров обработки. Одна ошибка в выборе для высоко-PV условий сводит на нет всю последующую точность.