แหวนคาร์บอนกราไฟต์สามารถทำงานแบบแห้งได้หรือไม่? กลไกการหล่อลื่นตัวเอง ขีดจำกัด PV และขอบเขตเวลาสำหรับแรงเสียดทานแบบแห้ง

นี่เป็นหนึ่งในคำถามที่พบบ่อยที่สุดเกี่ยวกับซีลกล และคำตอบแบ่งเป็นสองส่วน: แหวนคาร์บอนกราไฟต์สามารถทำงานแบบแห้งได้ — ในระยะเวลาหนึ่ง “สามารถ” มาจากการหล่อลื่นตัวเอง; “ระยะเวลาหนึ่ง” มาจากขีดจำกัดด้านการระบายความร้อนและการสึกหรอ

I. แหล่งที่มาของการหล่อลื่นตัวเอง

ผลึกกราไฟต์มีโครงสร้างเป็นชั้น: อะตอมคาร์บอนยึดเหนี่ยวกันอย่างแข็งแรงภายในแต่ละชั้น ขณะที่ชั้นต่าง ๆ ซ้อนกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอ ในระหว่างการเลื่อน การเฉือนจะเกิดขึ้นระหว่างชั้นกราไฟต์ ไม่ใช่ระหว่างกราไฟต์กับผิวโลหะที่สัมผัส — วัสดุจึงมีระนาบเลื่อนที่มีแรงเฉือนต่ำในตัวเอง

กราไฟต์ยังยึดติดกับโลหะส่วนใหญ่ได้อ่อน ทำให้ฟิล์มกราไฟต์บาง ๆ ถูกถ่ายโอนและก่อตัวบนผิวโลหะฝั่งตรงข้ามตั้งแต่เริ่มเลื่อน ซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานเพิ่มเติม สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแห้งทั่วไปของคาร์บอนกราไฟต์อยู่ที่ 0.04-0.15 และการนำความร้อน 70-150 W/(m·K) ช่วยระบายความร้อนจากแรงเสียดทานอย่างรวดเร็ว — ทั้งหมดนี้เป็นพื้นฐานทางกายภาพของการทำงานแบบแห้งในระยะสั้น

เงื่อนไขสองประการสำหรับการอ่านข้อมูล

1.ประเภทการอัดซึมมีผล: เรซินจะเติมเต็มรูพรุน และเฟสเรซินบนผิวที่สึกหรอมีพฤติกรรมแรงเสียดทานแย่กว่ากราไฟต์ ทำให้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแห้งสูงขึ้น

2.ผิวสัมผัสฝั่งตรงข้ามมีผล: การจับคู่กับซิลิกอนคาร์ไบด์หรือคาร์บอนทำงานได้ดี; โลหะที่หยาบหรือมีแนวโน้มเกิดการกัดกร่อนยากที่จะรักษาฟิล์มถ่ายโอนได้

II. ค่า PV: ตัวชี้วัดขอบเขต

ความสามารถในการทำงานแบบแห้งไม่ได้บอกเป็นใช่/ไม่ใช่ แต่บอกด้วยค่า PV: ความดันผิวหน้า (MPa) คูณด้วยความเร็วเลื่อน (m/s) หรือกำลังแรงเสียดทานต่อพื้นที่ต่อเวลา

• กราไฟต์อัดซึมด้วยเรซินโดยทั่วไปอนุญาตให้ทำงานแบบแห้งที่ระดับ PV ประมาณ 1-2 MPa·m/s
• การเลือกใช้จะรักษาค่า PV ในการทำงานที่ 1/2 ถึง 1/3 ของขีดจำกัด — เผื่อความปลอดภัย 2-3 เท่า
• ผลลัพธ์แรกของการเกินขีดจำกัดไม่ใช่การแตกร้าวทันที แต่เป็นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิผิวหน้า: อุณหภูมิสูงขึ้น → การสึกหรอจากการออกซิไดซ์กราไฟต์เร่งขึ้น → ความหยาบผิวเสื่อมลง → สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงขึ้นอีก เกิดวงจรอุบาทว์

ข้อกำหนด flush-plan ใน API 682 มีขึ้นเพื่อรับประกันการหล่อลื่นและการระบายความร้อนที่เพียงพอในห้องซีล ดึงซีลออกจากความเสี่ยงของการทำงานแบบแห้ง

III. ขอบเขตเวลาสำหรับแรงเสียดทานแห้ง

ไม่มีค่าคงที่สากล; ขอบเขตขึ้นกับสามตัวแปร: ระยะห่างของค่า PV เริ่มต้นจากขีดจำกัด, การนำความร้อนผ่านปลอกเพลาที่ดีเพียงใด และอุณหภูมิแวดล้อม

• งานที่มีค่า PV ต่ำ (ซีลเพลาคนิกต่ำความเร็วต่ำ): กราไฟต์ทนได้ตั้งแต่สิบกว่านาทีถึงไม่กี่ชั่วโมงแบบแห้ง
• งานที่มีค่า PV ปานกลาง/สูง (ปั๊มหอยโข่ง): การทำงานแบบแห้งที่อนุญาตมักเป็นนาที — สำหรับการเริ่ม-หยุดชั่วคราวหรือการขาดของเหลวสั้น ๆ
• ในทุกงาน หากเกิดเสียงดังจากผิวหน้า, อุณหภูมิผิวหน้าสูงกว่า 200℃ หรือมีควันจากห้องซีล ต้องหยุดทันที

คำว่า “สามารถทำงานแบบแห้งได้” ในการออกแบบอุปกรณ์ควรอ่านว่า “สามารถทำงานแบบแห้งในระยะสั้นได้” การเลือกปั๊มและการเดินท่อควรหลีกเลี่ยงการทำงานแบบ deadhead เป็นเวลานาน; หากไม่มีของเหลวหล่อลื่นจริง ๆ (เช่น ช่วงทำความสะอาด CIP ในอุปกรณ์อาหารและยา) ควรกำหนดใช้เกรดที่อัดซึมด้วย PTFE สำหรับการทำงานแบบแห้ง

IV. เมื่อไม่ควรพึ่งพาการทำงานแบบแห้ง

1.งานที่ความดัน × ความเร็วเข้าใกล้ขีดจำกัด PV ของวัสดุ

2.สารที่มีจุดเดือดต่ำซึ่งมีแนวโน้มเกิดการระเหยและสูญเสียฟิล์มของเหลวที่ผิวหน้า

3.งานเริ่ม-หยุดบ่อย — ทุกการเริ่มต้นเป็นแรงกระแทกจากแรงเสียดทานแห้ง และความเสียหายสะสมเกิดเร็วกว่าในงานแห้งต่อเนื่อง

Huahao Sealing มีบริการกลึง CNC ตามสั่งและแนะนำการอัดซึมด้วยเรซิน, PTFE หรือโลหะตามค่า PV ที่แท้จริงและระยะเวลาการทำงานแบบแห้งที่ต้องการ ความสามารถในการทำงานแบบแห้งเป็นการคำนวณ ไม่ใช่การลองผิดลองถูก: คำนวณค่า PV ก่อน, ตรวจสอบปัจจัยความปลอดภัย, แล้วจึงเลือกเกรดวัสดุ