Selos mecânicosdesempenham um papel muito importante na prevenção de vazamentos em muitas indústrias diferentes. Na indústria marítima, existemselos mecânicos de bomba, selos mecânicos de eixo rotativo. E na indústria de petróleo e gás existemselos mecânicos de cartucho,Selos mecânicos bipartidos ou selos mecânicos secos a gás. Na indústria automobilística, existem selos mecânicos à base de água. E na indústria química, existem selos mecânicos misturadores (selos mecânicos agitadores) e selos mecânicos compressores.
Dependendo das diferentes condições de uso, é necessária uma solução de vedação mecânica com diferentes materiais. Existem muitos tipos de materiais usadosvedações de eixo mecânicas como selos mecânicos de cerâmica, selos mecânicos de carbono, selos mecânicos de carboneto de silicone,Selos mecânicos SSIC eSelos mecânicos TC.
Selos mecânicos cerâmicos
Selos mecânicos cerâmicos são componentes essenciais em diversas aplicações industriais, projetados para evitar vazamento de fluidos entre duas superfícies, como um eixo rotativo e uma carcaça estacionária. Esses selos são altamente valorizados por sua excepcional resistência ao desgaste, resistência à corrosão e capacidade de suportar temperaturas extremas.
A principal função dos selos mecânicos cerâmicos é manter a integridade dos equipamentos, evitando a perda de fluidos ou contaminação. Eles são utilizados em diversos setores, incluindo petróleo e gás, processamento químico, tratamento de água, farmacêutico e processamento de alimentos. O amplo uso desses selos pode ser atribuído à sua construção durável; eles são feitos de materiais cerâmicos avançados que oferecem características de desempenho superiores em comparação com outros materiais de vedação.
Os selos mecânicos cerâmicos são compostos por dois componentes principais: uma face mecânica estacionária (geralmente feita de material cerâmico) e uma face mecânica rotativa (comumente construída em grafite de carbono). A ação de vedação ocorre quando ambas as faces são pressionadas juntas por uma força de mola, criando uma barreira eficaz contra vazamentos de fluido. À medida que o equipamento opera, a película lubrificante entre as faces de vedação reduz o atrito e o desgaste, mantendo uma vedação firme.
Um fator crucial que diferencia as vedações mecânicas cerâmicas de outros tipos é sua excelente resistência ao desgaste. Os materiais cerâmicos possuem excelentes propriedades de dureza, o que lhes permite suportar condições abrasivas sem danos significativos. Isso resulta em vedações mais duráveis que exigem substituição ou manutenção menos frequentes do que aquelas feitas de materiais mais macios.
Além da resistência ao desgaste, as cerâmicas também apresentam estabilidade térmica excepcional. Elas podem suportar altas temperaturas sem sofrer degradação ou perder sua eficiência de vedação. Isso as torna adequadas para uso em aplicações de alta temperatura, onde outros materiais de vedação podem falhar prematuramente.
Por fim, os selos mecânicos cerâmicos oferecem excelente compatibilidade química, com resistência a diversas substâncias corrosivas. Isso os torna uma opção atraente para indústrias que lidam rotineiramente com produtos químicos agressivos e fluidos agressivos.
As vedações mecânicas cerâmicas são essenciaisselos de componentesProjetados para evitar vazamentos de fluidos em equipamentos industriais. Suas propriedades únicas, como resistência ao desgaste, estabilidade térmica e compatibilidade química, os tornam a escolha preferida para diversas aplicações em diversos setores.
| propriedade física da cerâmica | ||||
| Parâmetro técnico | unidade | 95% | 99% | 99,50% |
| Densidade | g/cm3 | 3.7 | 3,88 | 3.9 |
| Dureza | HRA | 85 | 88 | 90 |
| Taxa de porosidade | % | 0,4 | 0,2 | 0,15 |
| Resistência à fratura | MPa | 250 | 310 | 350 |
| Coeficiente de expansão térmica | 10(-6)/K | 5.5 | 5.3 | 5.2 |
| Condutividade térmica | Com MK | 27,8 | 26,7 | 26 |
Selos mecânicos de carbono
A vedação mecânica de carbono tem uma longa história. O grafite é uma isoforma do elemento carbono. Em 1971, os Estados Unidos estudaram com sucesso o material de vedação mecânica de grafite flexível, que solucionou o vazamento de válvulas de energia atômica. Após processamento profundo, o grafite flexível se torna um excelente material de vedação, que é transformado em diversos selos mecânicos de carbono com o efeito de vedar componentes. Esses selos mecânicos de carbono são utilizados nas indústrias química, petrolífera e de energia elétrica, como selos de fluidos de alta temperatura.
Como a grafite flexível é formada pela expansão da grafite expandida após alta temperatura, a quantidade de agente intercalante restante na grafite flexível é muito pequena, mas não completamente, de modo que a existência e a composição do agente de intercalação têm grande influência na qualidade e no desempenho do produto.
Seleção do material da face do selo de carbono
O inventor original utilizou ácido sulfúrico concentrado como oxidante e agente intercalante. No entanto, após ser aplicado à vedação de um componente metálico, descobriu-se que uma pequena quantidade de enxofre remanescente na grafite flexível corroía o metal de contato após o uso prolongado. Em vista desse ponto, alguns estudiosos nacionais tentaram aprimorá-lo, como Song Kemin, que escolheu ácido acético e ácido orgânico em vez de ácido sulfúrico. ácido, lento em ácido nítrico e reduzir a temperatura para a temperatura ambiente, feito de uma mistura de ácido nítrico e ácido acético. Usando a mistura de ácido nítrico e ácido acético como agente de inserção, a grafite expandida sem enxofre foi preparada com permanganato de potássio como oxidante, e ácido acético foi adicionado lentamente ao ácido nítrico. A temperatura é reduzida à temperatura ambiente, e a mistura de ácido nítrico e ácido acético é feita. Em seguida, a grafite em flocos natural e o permanganato de potássio são adicionados a essa mistura. Sob agitação constante, a temperatura é de 30 °C. Após 40 minutos de reação, a água é lavada até atingir a neutralidade e seca a 50-60 °C, e o grafite expandido é obtido após expansão em alta temperatura. Este método não permite vulcanização, desde que o produto atinja um determinado volume de expansão, de modo a obter uma natureza relativamente estável do material de vedação.
| Tipo | M106H | M120H | M106K | M120K | M106F | M120F | M106D | M120D | M254D |
| Marca | Impregnado | Impregnado | Fenol Impregnado | Carbono de Antimônio(A) | |||||
| Densidade | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 1,75 | 1.7 | 2.3 | 2.3 | 2.3 |
| Resistência Fratural | 65 | 60 | 67 | 62 | 60 | 55 | 65 | 60 | 55 |
| Resistência à compressão | 200 | 180 | 200 | 180 | 200 | 180 | 220 | 220 | 210 |
| Dureza | 85 | 80 | 90 | 85 | 85 | 80 | 90 | 90 | 65 |
| Porosidade | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1 | <1,5 | <1,5 | <1,5 |
| Temperaturas | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 250 | 400 | 400 | 450 |
Selos mecânicos de carboneto de silício
O carboneto de silício (SiC), também conhecido como carborundum, é feito de areia de quartzo, coque de petróleo (ou coque de carvão), cavacos de madeira (que precisam ser adicionados na produção de carboneto de silício verde) e assim por diante. O carboneto de silício também contém um mineral raro na natureza, a amoreira. Entre as matérias-primas refratárias de alta tecnologia contemporâneas, como C, N, B e outras não óxidos, o carboneto de silício é um dos materiais mais amplamente utilizados e econômicos, podendo ser chamado de areia de aço dourada ou areia refratária. Atualmente, a produção industrial de carboneto de silício na China é dividida em carboneto de silício preto e carboneto de silício verde, ambos cristais hexagonais com uma proporção de 3,20 a 3,25 e microdureza de 2840 a 3320 kg/m².
Os produtos de carboneto de silício são classificados em diversos tipos, de acordo com os diferentes ambientes de aplicação. Geralmente, são utilizados em aplicações mais mecânicas. Por exemplo, o carboneto de silício é um material ideal para selos mecânicos de carboneto de silício devido à sua boa resistência à corrosão química, alta resistência mecânica, alta dureza, boa resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e alta resistência à temperatura.
Os anéis de vedação SIC podem ser divididos em anéis estáticos, anéis móveis, anéis planos, etc. O silício SiC pode ser transformado em diversos produtos de carboneto, como anéis rotativos de carboneto de silício, assentos fixos de carboneto de silício, buchas de carboneto de silício, etc., de acordo com as necessidades específicas dos clientes. Também pode ser usado em combinação com material de grafite, e seu coeficiente de atrito é menor do que o da cerâmica de alumina e ligas duras, permitindo sua utilização em altos valores de PV, especialmente em condições de ácidos e bases fortes.
O atrito reduzido do SIC é um dos principais benefícios de seu uso em selos mecânicos. Portanto, o SIC resiste melhor ao desgaste do que outros materiais, prolongando a vida útil do selo. Além disso, o atrito reduzido do SIC diminui a necessidade de lubrificação. A ausência de lubrificação reduz a possibilidade de contaminação e corrosão, melhorando a eficiência e a confiabilidade.
O SIC também possui grande resistência ao desgaste. Isso indica que ele pode suportar o uso contínuo sem se deteriorar ou quebrar. Isso o torna o material perfeito para usos que exigem alto nível de confiabilidade e durabilidade.
Também pode ser repolido e polido, permitindo que a vedação seja recondicionada diversas vezes ao longo de sua vida útil. Geralmente, é usado em aplicações mais mecânicas, como em selos mecânicos, devido à sua boa resistência à corrosão química, alta resistência mecânica, alta dureza, boa resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e alta resistência à temperatura.
Quando utilizado em faces de selos mecânicos, o carboneto de silício resulta em melhor desempenho, maior vida útil do selo, menores custos de manutenção e menores custos operacionais para equipamentos rotativos, como turbinas, compressores e bombas centrífugas. O carboneto de silício pode ter propriedades diferentes dependendo de como foi fabricado. O carboneto de silício ligado por reação é formado pela ligação de partículas de carboneto de silício entre si em um processo de reação.
Este processo não afeta significativamente a maioria das propriedades físicas e térmicas do material, porém limita sua resistência química. Os produtos químicos mais comuns que causam problemas são cáusticos (e outros produtos químicos com pH alto) e ácidos fortes e, portanto, o carboneto de silício ligado por reação não deve ser usado nessas aplicações.
Infiltrado por sinterização de reaçãoCarboneto de silício. Nesse material, os poros do SIC original são preenchidos no processo de infiltração pela queima do silício metálico, resultando no surgimento do SiC secundário e na aquisição de propriedades mecânicas excepcionais, tornando-se resistente ao desgaste. Devido à sua contração mínima, pode ser utilizado na produção de peças grandes e complexas com tolerâncias rigorosas. No entanto, o teor de silício limita a temperatura máxima de operação a 1.350 °C, e a resistência química também é limitada a um pH de aproximadamente 10. O material não é recomendado para uso em ambientes alcalinos agressivos.
SinterizadoO carboneto de silício é obtido pela sinterização de um granulado de SIC muito fino pré-comprimido a uma temperatura de 2000 °C para formar ligações fortes entre os grãos do material.
Primeiro, a estrutura se espessa, depois a porosidade diminui e, por fim, as ligações entre os grãos são sinterizadas. Nesse processo, ocorre uma retração significativa do produto – em cerca de 20%.
Anel de vedação SSIC É resistente a todos os produtos químicos. Como não contém silício metálico em sua estrutura, pode ser usado em temperaturas de até 1600°C sem afetar sua resistência.
| propriedades | R-SiC | S-SiC |
| Porosidade (%) | ≤0,3 | ≤0,2 |
| Densidade (g/cm3) | 3,05 | 3,1~3,15 |
| Dureza | 110~125 (HS) | 2800 (kg/mm2) |
| Módulo de elasticidade (Gpa) | ≥400 | ≥410 |
| Conteúdo de SiC (%) | ≥85% | ≥99% |
| Teor de Si (%) | ≤15% | 0,10% |
| Resistência à flexão (Mpa) | ≥350 | 450 |
| Resistência à compressão (kg/mm2) | ≥2200 | 3900 |
| Coeficiente de expansão térmica (1/℃) | 4,5×10-6 | 4,3×10-6 |
| Resistência ao calor (na atmosfera) (℃) | 1300 | 1600 |
Selo mecânico TC
Os materiais TC possuem características de alta dureza, resistência à abrasão e à corrosão. São conhecidos como "dentes industriais". Devido ao seu desempenho superior, têm sido amplamente utilizados na indústria militar, aeroespacial, processamento mecânico, metalurgia, perfuração de petróleo, comunicação eletrônica, arquitetura e outros setores. Por exemplo, em bombas, compressores e agitadores, anéis de carboneto de tungstênio são utilizados como selos mecânicos. Boa resistência à abrasão e alta dureza os tornam adequados para a fabricação de peças resistentes ao desgaste em altas temperaturas, atrito e corrosão.
De acordo com sua composição química e características de uso, o TC pode ser dividido em quatro categorias: tungstênio-cobalto (YG), tungstênio-titânio (YT), tungstênio-titânio-tântalo (YW) e carboneto de titânio (YN).
A liga dura de tungstênio-cobalto (YG) é composta de WC e Co. É adequada para processar materiais frágeis, como ferro fundido, metais não ferrosos e materiais não metálicos.
A Stellite (YT) é composta de WC, TiC e Co. Devido à adição de TiC à liga, sua resistência ao desgaste é melhorada, mas a resistência à flexão, o desempenho de retificação e a condutividade térmica são reduzidos. Devido à sua fragilidade em baixas temperaturas, é adequada apenas para corte em alta velocidade de materiais em geral e não para o processamento de materiais frágeis.
Tungstênio, titânio, tântalo (nióbio) e cobalto (YW) são adicionados à liga para aumentar a dureza, a resistência à abrasão e a resistência a altas temperaturas, por meio de uma quantidade adequada de carboneto de tântalo ou carboneto de nióbio. Ao mesmo tempo, a tenacidade também é aprimorada, com melhor desempenho de corte abrangente. É usado principalmente para cortes de materiais duros e intermitentes.
A classe base de titânio carbonizado (YN) é uma liga dura com fases duras de TiC, níquel e molibdênio. Suas vantagens são alta dureza, capacidade antiaderente, resistência ao desgaste crescente e capacidade antioxidante. Mesmo em temperaturas acima de 1000 graus, ainda pode ser usinada. É aplicável ao acabamento contínuo de aços-liga e aços temperados.
| modelo | teor de níquel (% em peso) | densidade (g/cm²) | dureza (HRA) | resistência à flexão (≥N/mm²) |
| YN6 | 5,7-6,2 | 14,5-14,9 | 88,5-91,0 | 1800 |
| YN8 | 7,7-8,2 | 14,4-14,8 | 87,5-90,0 | 2000 |
| modelo | teor de cobalto (% em peso) | densidade (g/cm²) | dureza (HRA) | resistência à flexão (≥N/mm²) |
| YG6 | 5,8-6,2 | 14,6-15,0 | 89,5-91,0 | 1800 |
| YG8 | 7,8-8,2 | 14,5-14,9 | 88,0-90,5 | 1980 |
| YG12 | 11,7-12,2 | 13,9-14,5 | 87,5-89,5 | 2400 |
| YG15 | 14,6-15,2 | 13,9-14,2 | 87,5-89,0 | 2480 |
| YG20 | 19,6-20,2 | 13,4-13,7 | 85,5-88,0 | 2650 |
| YG25 | 24,5-25,2 | 12,9-13,2 | 84,5-87,5 | 2850 |