[發明專利]碳石墨浮環的制備方法

在審

• 申請號: 201410546527.4
• 申請日: 2014-10-16
• 公開（公告）號: CN105276192A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 侯玉杰;程諾
• 申請（專利權）人: 侯玉杰
• 主分類號: F16J15/30
• 分類號: F16J15/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種碳石墨浮環浮環的制備方法。

背景技術

隨著設備工作參數的提高，現已大量采用由碳石墨抗磨材料制成的硬質密封環，以保證設備在無潤滑劑及高速高溫或腐蝕性介質中可靠地工作.在汽輪機燃氣輪機，活塞式或透平式壓縮機，蒸汽機，泵，氣體壓縮機，潛水泵，清水泵，核二極泵，鍋爐給水泵，干燥機，紡織印染機，水泵，熱定型機，屏蔽泵分離器，除塵器，蒸汽流量計，高溫熱油泵，飛機發動機，油箱，啟動電機，卷煙機，風機，離合器裝置，汽輪機，純堿煅燒機爐，離心泵，壓縮機，真空泵，發酵罐水輪機，印刷機械用真空加壓氣泵氣體壓縮機，轉子發動機以及各種化工設備中，碳石墨密封環已得到廣泛應用。一般石墨材料具有良好的自潤滑性、耐磨性、導熱性、耐溫性等優點，但還具有機械強度低等缺陷。因此在高溫、高壓的環境下使用時，一般還要對單獨的碳石墨浮環做一些工藝上的強化處理，如在碳石墨浮環的外面包裹一層金屬鑲環1，這種結構形式的碳石墨浮環密封，統稱為浮環密封。浮環密封屬于流阻型非接觸式動密封，是依靠密封間隙內的流體阻力效應而達到阻漏目的。由于存在間隙，避免了固體摩擦，適用于高速情況，即可封堵液體，也可封堵氣體，但泄露量較大，某些情況下還須配置比較復雜的密封輔助系統。浮動環密封簡稱浮環密封，用于離心壓縮機、氫冷氣輪發電機、離心泵等軸封。浮動密封既可密封液體，也可密封氣體。用以阻止液體泄露的稱為液膜浮環密封；用于阻止氣體泄露的稱為干式浮環密封，因為浮環通常由石墨等固體自潤滑材料制造，故又稱石墨浮環密封。石墨浮環密封：波形片彈簧的彈力及氣體壓力使各浮動環的一個端面分別與各隔離環的一個端面緊密貼合，組阻止氣體沿徑向泄露，并靠端面的摩擦力防止環轉動通過浮動環密封沿軸向漏出的少量氣體由排漏空排出，或引至主機的氣體進口。石墨浮環密封的工作間隙不是定值，而是隨摩擦發熱狀況而自行調整，故有“熱自調間隙密封”之稱。石墨耐腐蝕、耐熱，但它太脆，在徑向載荷作用下易斷裂。在離心壓氣機中，采用了石墨作浮環，為了防止斷裂，常在石墨環的外周鑲有金屬鑲環1.浮環可以多個并列使用，組成多層浮動環，能有效的密封10MPa以上的高壓。能用于10000～20000r/min的高速旋轉流體機械，尤其使用于氣體壓縮機，其許用速度高達100m/s以上，這是其他密封所不能比擬的。浮環密封的缺點：密封件的制造精度要求高，環的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度對密封性能有明顯的影響。浮動環其主要型式有：光滑環和開口環。光滑環和開口環。光滑環的內孔是光滑的；開槽環的內孔全長開槽或部分開槽。由于光滑環與軸表面的間隙中水力摩擦較小，使用中回出現較大的泄露量。開槽環的內孔加工有許多道環形槽，與軸的間隙中水力摩擦較大，在同樣的壓差和同樣的寬度下，泄露量要比光滑環小，特別是在高轉速下可以作到完全不漏，液膜形成也很穩定，能有效的起到密封作用。所以，對于高速轉軸，開槽環比光滑環好，如將光滑浮環密封與機械密封作比較，在低速時機械密封的泄露量少些，高速下則光滑環少些，因此，高速轉動密封宜用光滑環。但是，當旋轉頻率太高時，由于密封油的粘性阻滯作用，密封油會發熱。為了散熱，常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除與環的形式有關外，還與運動速度、油的特性、入口油溫和大氣溫度等有關。

傳統的浮環加工方法是先分別加工好碳石墨浮環和金屬鑲環1(均留有加工余量)，碳石墨浮環和鋼件之間采用間隙配合，然后通過高溫膠把兩部分組合起來，待膠充分凝固后，再精加工組合件。傳統工藝的不足之處在于，碳石墨浮環和金屬鑲環1之間通過高溫膠結合在一起，結合面之間有很多間隙，在高壓情況下，結合處會泄漏。此外，由于碳石墨浮環運行初期，密封氣膜還沒有形成，碳石墨浮環和軸之間會因摩擦產生大量的熱量，摩擦面局部發熱現象，局部溫度在200-310℃，而通過高溫膠組合在一起的碳環和金屬鑲環1，因為是間隙配合，碳石墨浮環和金屬鑲環1相互之間只是通過有高溫膠的地方的點接觸，且高溫膠不導熱、不導電，在這個溫度情況下，石墨密封環內的熱固性樹脂將發生反應，釋放大量氣體，熱固性樹脂體積開始收縮并形成多點凹坑，從而發生皰疤現象。皰疤現象是碳石墨浮環密封最常見的失效形式，其形成原因較多，但究其根本還是摩擦面的熱沒及時導出去。又由于碳、石墨材料的熱膨脹系數較小，而金屬鑲環1材料的熱膨脹系數較大，傳統工藝通過高溫膠將間隙配合放入碳、石墨環和金屬鑲環1粘連在一起，相互間存有間隙，在使用溫度較高的情況下，由于兩者的熱膨脹系數不一致，很可能形成新的間隙，加之其本身原有的間隙，會加大產品的泄漏量，甚至出現碳、石墨環和金屬鑲環之間松動，脫落，從而使密封失效。

發明內容