در صنایعی مانند کاغذسازی، تولید الیاف شیمیایی، فرآوری مواد غذایی و ولکانیزاسیون لاستیک، بخار اشباع شده به عنوان یک محیط حیاتی برای انتقال حرارت عمل می کند. به عنوان یک جزء حیاتی که لوله های بخار ثابت را به سیلندرهای خشک کن چرخان یا مخازن واکنش متصل می کند، اتصال دوار با چالش دوگانه تحمل قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دماهای بالا (بیش از 200 درجه) و فشارهای بالا (1.0 MPa تا 2.5 MPa) مواجه است. اگر آب بندی از کار بیفتد، عواقب آن فراتر از نشت بخار صرف و مصرف سرسام آور انرژی خواهد بود. آنها همچنین می توانند جراحات شدید سوزاندن را ایجاد کنند یا منجر به از کار افتادن تجهیزات پرهزینه شوند.
مکانیسم آب بندی: هنر تعادل پویا
در هسته یک اتصال دوار بخار، مهر و موم مکانیکی دینامیکی قرار دارد. برخلاف آببندهای استاتیک، یک اتصال دوار باید یکپارچگی هوادهی را حفظ کند-بهویژه، یک تحمل شکاف برحسب میکرون اندازهگیری میشود-در حالی که محور در حال چرخش است.
طراحی ساختاری غالب از اصل آببندی مسطح استفاده میکند: فنرها-یا خود فشار بخار-به یک حلقه جبرانکننده (معمولاً یک حلقه کربن-گرافیت) نیرو وارد میکنند و آن را محکم بر روی یک حلقه دوار ساخته شده از فولاد ضد زنگ یا آلیاژ سخت فشار میدهند تا یک رابط آببندی پایدار ایجاد کنند. در حین کار تجهیزات، فشار هیدرودینامیکی ایجاد شده بین این دو سطح، یک لایه{4} فوق العاده نازک بخار ایجاد می کند. این فیلم هدف دوگانه ارائه روانکاری را انجام می دهد و به طور همزمان از خروج بخار با فشار بالا جلوگیری می کند. ضخامت این فیلم دقیقاً در محدوده 1 تا 5 میکرون کنترل میشود-اگر فیلم خیلی نازک باشد، اصطکاک خشک ممکن است باعث سوختن سطوح آببندی شود. برعکس، اگر خیلی ضخیم باشد، نشتی تشدید می شود.
انتخاب مواد: متعادل کردن مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر فشار، و مقاومت در برابر سایش
برای مقاومت در برابر شرایط عملیاتی در دمای{0}بالا و فشار بالا، مواد مورد استفاده باید سه معیار اساسی را رعایت کنند: مقاومت در برابر شوک حرارتی، ضریب اصطکاک پایین، و مقاومت در برابر خوردگی بخار.
حلقه آب بندی (حلقه ثابت): انتخاب استاندارد برای این جزء، گرافیت-کربن آغشته شده- آنتیموان است. گرافیت کربن ذاتاً دارای خواص روانکاری عالی است، آغشته کردن آن به آنتیموان فلزی به طور قابل توجهی مقاومت فشاری و مقاومت اکسیداسیون آن را در محدوده دمایی 200 درجه تا 250 درجه افزایش میدهد.
حلقه دوار (سطح جفت گیری): این جزء معمولاً از سرامیک های کاربید تنگستن یا نیترید سیلیکون استفاده می کند. کاربید تنگستن دارای درجه سختی استثنایی (بیش از HRA 88) است، مقاومت در برابر سایش عالی را ارائه میکند و رسانایی حرارتی بالایی را نشان میدهد و به آن امکان میدهد تا گرمای اصطکاکی را به سرعت دفع کند. نیترید سیلیکون، در عین حال، مزایای وزن سبک تر و حتی مقاومت بیشتر در برابر شوک حرارتی را ارائه می دهد. مهر و موم کمکی (O-حلقه/ واشر): لاستیک نیتریل استاندارد به سرعت سخت می شود و در دماهای بالا از بین می رود. بنابراین، انتخاب لاستیک فلوئوروکربن (FKM، دمای کار کمتر یا مساوی 200 درجه) یا پرفلورالاستومر درجه بالاتر (FFKM، قادر به تحمل 260 درجه و محیط خورنده) ضروری است.
نکته کاربردی مهندسی
هنگام انتخاب یک محصول، هرگز تنها به درجه حرارت اسمی اعتماد نکنید. در عوض، مقدار PV (فشار × سرعت) را اولویت بندی کنید. در دماهای بالا، مقدار مجاز PV برای حلقه های گرافیتی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. برای شرایط عملیاتی بیش از 180 درجه، توصیه می شود اتصالات دوار دارای ساختار جبرانی دم فلزی را در اولویت قرار دهید. این طرح به طور خودکار انبساط حرارتی را در خود جای می دهد و فشار تماس صورت را ثابت نگه می دارد، در نتیجه طول عمر طولانی تر و کاهش نشتی را در محیط های چالش برانگیز-درجه حرارت و فشار{4} بالا تضمین می کند.