تُستخدم ضواغط الحجاب الحاجز على نطاق واسع في ضغط الغاز، والإنتاج الكيميائي، ومعالجة الغازات الخاصة، نظرًا لمزاياها المتمثلة في عدم التسرب، وارتفاع نسبة الضغط، والنظافة. تُعد حلقة الختم المعدنية في هيكلها الأساسي مكونًا أساسيًا لضمان إحكام مانع التسرب بين الأسطوانة والحجاب الحاجز، وهو ما يرتبط ارتباطًا مباشرًا بكفاءة التشغيل، وعمر المعدات، وسلامتها. تُحلل هذه المقالة المتطلبات الأساسية لأسطوانة ضاغط الحجاب الحاجز لحلقات الختم المعدنية من منظور فني.
1. أداء ختم عالي
تحت ضغط مرتفع (حتى 30 ميجا باسكال أو أكثر) وظروف الحركة الترددية المتكررة، تحتاج حلقة الختم المعدنية إلى تحقيق تسرب ثابت وديناميكي صفري.
الختم الثابت: عندما يتوقف الضاغط أو يكون في تشغيل مستقر، يجب أن تتناسب حلقة الختم بشكل محكم مع الأسطوانة وسطح الحجاب الحاجز لمنع تسرب الغاز.
الختم الديناميكي: في الاهتزاز عالي التردد للحجاب الحاجز (عادة 200-1000 مرة / دقيقة)، تحتاج حلقة الختم إلى الحفاظ على ضغط موحد على سطح التلامس لتجنب فشل الختم بسبب الاهتزاز.
المفتاح الفني: يجب أن تعوض حلقة الختم التشوهات الدقيقة من خلال التموج أو تصميم الهيكل المرن، ويجب التحكم في خشونة السطح ضمن Ra≤0.8μm.
2. مقاومة الضغط ومقاومة درجة الحرارة في ظل ظروف العمل القاسية
غالبًا ما تواجه ضواغط الحجاب الحاجز ظروف عمل مشتركة بين درجات الحرارة العالية (-50 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية) والضغط العالي، مما يفرض متطلبات صارمة على مادة وهيكل حلقات الختم المعدنية.
مقاومة الضغط: تحت تأثير الضغط العالي، يجب أن تتمتع حلقة الختم بقوة خضوع عالية (عادةً ≥800 ميجا باسكال) لتجنب التشوه البلاستيكي وفشل الختم.
مقاومة درجة الحرارة: يجب أن تتحمل صدمة الدورة الساخنة والباردة، ومقاومة أكسدة المادة (مثل استقرار طبقة أكسيد السبائك القائمة على النيكل) وهشاشة درجات الحرارة المنخفضة (مثل صلابة درجات الحرارة المنخفضة لسبائك التيتانيوم) عند درجات الحرارة العالية يجب أن تلبي المتطلبات.
الحل: استخدم هيكلًا مركبًا متعدد الطبقات (مثل المعدن + الإيلاستومر) أو تصميم مادة متدرجة لتحقيق التوازن بين تحمل الضغط والقدرة على التكيف مع درجة الحرارة.
3. مقاومة التآكل والاستقرار الكيميائي
في السيناريوهات الكيميائية أو الغازية الخاصة (مثل الكلور والهيدروجين والوسط الحمضي)، يجب أن تقاوم حلقة الختم التآكل بواسطة الوسائط المسببة للتآكل.
اختيار المواد: يفضل استخدام Hastelloy C276 أو Monel أو الطلاء السطحي (مثل طلاء مركب PTFE).
الاستقرار على المدى الطويل: يجب التحقق من مقاومة التآكل من خلال اختبار رش الملح (ASTM B117) واختبار غمر الغاز الحمضي (مثل محاكاة بيئة H2S).
4. التوازن الديناميكي بين المرونة والصلابة
يجب أن تحقق حلقة الختم ختمًا موثوقًا به ضمن نطاق التشوه المرن وأن تتمتع بصلابة كافية لمقاومة البثق عالي الضغط.
التحكم في معامل المرونة: اضبط معامل المرونة (القيمة النموذجية: 100-200 جيجا باسكال) عن طريق تحسين نسبة المواد (مثل إضافة عناصر البريليوم والموليبدينوم) أو التصميم الهيكلي (مثل التموج على شكل حرف V).
عمر التعب: يجب أن يلبي متطلبات قوة التعب تحت الأحمال الدورية 10 ^ 7 لتجنب الشقوق الناجمة عن التشوه المتكرر.
5. الدقة في التصنيع والقدرة على التكيف
تحتاج حلقة الختم المعدنية إلى تحقيق مطابقة عالية الدقة مع الأسطوانة والحجاب الحاجز، ويؤثر التحكم في التسامح بشكل مباشر على تأثير الختم.
دقة الأبعاد: يجب التحكم في تسامح القطر ضمن ±0.02 مم، ويجب أن يكون تسامح الشكل والموضع (مثل الاستدارة والتسطيح) ≤0.01 مم.
معالجة السطح: استخدم التلميع أو الطلاء الكيميائي لتقليل معامل الاحتكاك (≤0.1) وتقليل التآكل.
سادسا. عمر طويل وموثوقية
يعد فشل حلقة الختم أحد أوضاع الفشل الرئيسية لضاغط الحجاب الحاجز، ويجب أن تتوافق مدة خدمته مع دورة إصلاح المعدات (عادةً ≥ 8000 ساعة).
مقاومة التآكل: يجب أن تصل صلابة السطح إلى HRC 40-50، والتي يمكن تحسينها عن طريق النترتة أو طلاء كربيد التنغستن.
إمكانية الصيانة: تصميم هيكل معياري لدعم الاستبدال السريع وتقليل تكاليف التوقف عن العمل.
خاتمة
يُحدد أداء حلقة الختم المعدنية بشكل مباشر كفاءة الختم وموثوقية تشغيل ضاغط الحجاب الحاجز. في المستقبل، ومع تطوير مواد جديدة (مثل الزجاج المعدني وسبائك التصنيع الإضافي) وتقنيات المراقبة الذكية (مثل مستشعرات الإجهاد المدمجة)، ستتطور حلقة الختم نحو تكيف أفضل مع ظروف العمل، وعمر افتراضي أطول، وذكاء أكبر. ويحتاج المصممون إلى تحسين شامل من أبعاد متعددة، بما في ذلك المواد والهياكل والعمليات، لتلبية المتطلبات الصناعية المتزايدة الصرامة لضواغط الحجاب الحاجز.
وقت النشر: ٢٦ فبراير ٢٠٢٥