Membránové kompresory se široce používají při kompresi plynů, chemické výrobě a speciálním zpracování plynů díky svým výhodám, jako je absence úniků, vysoký kompresní poměr a čistota. Kovový těsnicí kroužek v jeho jádrové struktuře je klíčovou součástí pro zajištění účinného utěsnění mezi válcem a membránou, což přímo souvisí s provozní účinností, životností a bezpečností zařízení. Tento článek analyzuje základní požadavky na kovové těsnicí kroužky válce membránového kompresoru z technického hlediska.
1. Vysoký těsnicí výkon
Za vysokého tlaku (až 30 MPa nebo více) a za podmínek častého vratného pohybu musí kovový těsnicí kroužek dosáhnout statického i dynamického utěsnění s nulovým únikem.
Statické těsnění: Když je kompresor zastaven nebo je v stabilním provozu, musí těsnicí kroužek pevně přiléhat k povrchu válce a membrány, aby se zabránilo mikroúnikům plynu.
Dynamické těsnění: Při vysokofrekvenčních vibracích membrány (obvykle 200–1000krát za minutu) musí těsnicí kroužek udržovat rovnoměrný tlak na kontaktní ploše, aby se zabránilo selhání těsnění v důsledku vibrací.
Technický klíč: Těsnicí kroužek musí kompenzovat mikrodeformace v důsledku zvlnění nebo elastické struktury a drsnost povrchu musí být kontrolována v rozmezí Ra ≤ 0,8 μm.
2. Odolnost vůči tlaku a teplotní odolnost za extrémních pracovních podmínek
Membránové kompresory často čelí kombinovaným provozním podmínkám s vysokými teplotami (-50 ℃ až 300 ℃) a vysokým tlakem, což klade přísné požadavky na materiál a strukturu kovových těsnicích kroužků.
Odolnost proti tlaku: Při působení vysokého tlaku musí mít těsnicí kroužek vysokou mez kluzu (obvykle ≥800 MPa), aby se zabránilo plastické deformaci a selhání těsnění.
Teplotní odolnost: Musí odolávat cyklickým nárůstům za tepla i za studena a musí splňovat požadavky na odolnost materiálu proti oxidaci (například stabilitu oxidové vrstvy slitin na bázi niklu) a křehkost za nízkých teplot (například nízkoteplotní houževnatost titanových slitin) při vysokých teplotách.
Řešení: Použijte vícevrstvou kompozitní strukturu (například kov + elastomer) nebo gradientní materiálovou konstrukci pro vyvážení únosnosti tlaku a teplotní přizpůsobivosti.
3. Odolnost proti korozi a chemická stabilita
V chemických nebo speciálních plynných prostředích (jako je chlór, vodík, kyselé prostředí) musí těsnicí kroužek odolávat erozi způsobené korozivními médii.
Výběr materiálu: Preferuje se Hastelloy C276, Monel nebo povrchová úprava (například kompozitní povlak PTFE).
Dlouhodobá stabilita: Odolnost proti korozi je třeba ověřit zkouškou v solné mlze (ASTM B117) a zkouškou ponořením do kyselého plynu (například simulací prostředí H2S).
4. Dynamická rovnováha elasticity a tuhosti
Těsnicí kroužek musí dosahovat spolehlivého utěsnění v rozsahu elastické deformace a mít dostatečnou tuhost, aby odolal vysokotlaké extruzi.
Řízení modulu pružnosti: Upravte modul pružnosti (typická hodnota: 100–200 GPa) optimalizací poměru materiálů (například přidáním prvků berylia a molybdenu) nebo konstrukčním řešením (například zvlněním ve tvaru V).
Únavová životnost: Musí splňovat požadavky na únavovou pevnost při cyklickém zatížení 10^7, aby se zabránilo trhlinám způsobeným opakovanou deformací.
5. Přesné obrábění a přizpůsobivost
Kovový těsnicí kroužek musí dosáhnout vysoce přesného shodování s válcem a membránou a kontrola tolerance přímo ovlivňuje těsnicí účinek.
Rozměrová přesnost: Tolerance průměru musí být kontrolována v rozmezí ±0,02 mm a tolerance tvaru a polohy (jako je kruhovitost a rovinnost) musí být ≤0,01 mm.
Povrchová úprava: Použijte leštění nebo chemické pokovování ke snížení koeficientu tření (≤ 0,1) a opotřebení.
VI. Dlouhá životnost a spolehlivost
Porucha těsnicího kroužku je jedním z hlavních způsobů poruchy membránového kompresoru a jeho životnost musí odpovídat cyklu generální opravy zařízení (obvykle ≥8000 hodin).
Odolnost proti opotřebení: Tvrdost povrchu musí dosáhnout HRC 40-50, kterou lze zlepšit nitridací nebo povlakem z karbidu wolframu.
Údržba: Navrhněte modulární strukturu pro podporu rychlé výměny a snížení nákladů na prostoje.
Závěr
Výkon kovového těsnicího kroužku přímo určuje účinnost těsnění a provozní spolehlivost membránového kompresoru. V budoucnu se s vývojem nových materiálů (jako je kovové sklo, slitiny aditivní výroby) a inteligentních monitorovacích technologií (jako jsou vestavěné senzory napětí) těsnicí kroužek bude vyvíjet směrem k vyšší přizpůsobivosti provozním podmínkám, delší životnosti a inteligenci. Pro konstruktéry je nutná komplexní optimalizace z více hledisek, včetně materiálů, struktur a procesů, aby splňovaly stále přísnější průmyslové požadavky na membránové kompresory.
Čas zveřejnění: 26. února 2025