У таких галузях, як виробництво паперу, виробництво хімічних волокон, харчова промисловість і вулканізація гуми, насичена пара служить життєво важливим середовищем для передачі тепла. Будучи критично важливим компонентом, що з’єднує стаціонарні труби пари з обертовими сушильними циліндрами або реакційними ємностями, поворотне з’єднання стикається з подвійною проблемою витримувати тривалий вплив високих температур (понад 200 градусів) і високого тиску (від 1,0 МПа до 2,5 МПа). Якщо ущільнення виходить з ладу, наслідки виходять за межі простого витоку пари та стрімкого зростання споживання енергії; вони також можуть викликати серйозні опіки або призвести до дорогого простою обладнання.
Ущільнювальний механізм: мистецтво динамічного балансу
В основі парового поворотного з’єднання лежить динамічне механічне ущільнення. На відміну від статичних ущільнень, поворотне з’єднання має підтримувати герметичність-зокрема, допуск на зазор, виміряний у мікронах-під час обертання вала.
Переважаюча структурна конструкція використовує принцип плоского ущільнення: пружини-або сам тиск пари-чинять силу на компенсаційне кільце (зазвичай кільце з вуглецевого-графіту), міцно притискаючи його до обертового кільця з нержавіючої сталі або твердого сплаву, щоб створити стабільну межу ущільнення. Під час роботи обладнання гідродинамічний тиск, що створюється між цими двома поверхнями, створює над-тонку плівку пари; ця плівка виконує подвійну мету: змащувати, водночас запобігаючи виходу пари під високим{5}}тиском. Товщина цієї плівки точно контролюється в діапазоні від 1 до 5 мікрон-якщо плівка надто тонка, сухе тертя може призвести до вигоряння ущільнювальних поверхонь; навпаки, якщо він занадто товстий, витік посилиться.
Вибір матеріалу: збалансована термостійкість, стійкість до тиску та зносостійкість
Щоб витримати високу-температуру та високий{1}}тиск, використовувані матеріали мають відповідати трьом основним критеріям: стійкість до теплового удару, низький коефіцієнт тертя та стійкість до корозії парою.
Ущільнювальне кільце (стаціонарне кільце): стандартним вибором для цього компонента є вуглецевий-графіт, просочений сурмою. У той час як вугле-графіт за своєю природою має чудові само-змащувальні властивості, просочення його металевою сурмою значно підвищує його міцність на стиск і стійкість до окислення в діапазоні температур від 200 до 250 градусів.
Обертове кільце (сполучна поверхня): для цього компонента зазвичай використовується кераміка з карбіду вольфраму або нітриду кремнію. Карбід вольфраму має виняткову твердість (перевищує HRA 88), забезпечує чудову зносостійкість і демонструє високу теплопровідність, що дозволяє йому швидко розсіювати тепло від тертя; тим часом нітрид кремнію пропонує переваги меншої ваги та ще більшої стійкості до теплового удару. Допоміжні ущільнення (ущільнювальні кільця/прокладки): стандартний нітрильний каучук швидко твердне та руйнується за високих температур; отже, важливо вибрати фторвуглецевий каучук (FKM, робоча температура менше або дорівнює 200 градусам) або перфторэластомер вищого -класу (FFKM, здатний витримувати 260 градусів і корозійні середовища).
Практична інженерна порада
Вибираючи продукт, ніколи не покладайтеся лише на номінальну температуру; замість цього встановіть пріоритет значення PV (тиск × швидкість). При високих температурах допустиме значення PV для графітових кілець значно знижується. Для робочих умов, що перевищують 180 градусів, рекомендується віддавати перевагу поворотним з’єднанням, що мають металеву компенсаційну структуру сильфона; ця конструкція автоматично враховує теплове розширення та підтримує стабільний контактний тиск, тим самим забезпечуючи довший термін служби та зменшений витік у складних середовищах із високою-температурою та високим{4}}тиском.