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低温处理:低温机械密封用碳石墨

当大多数人想到火箭助推器时,他们想到的是猛烈的燃烧,推动助推器前进,并在运行过程中释放出巨大的热量。

这种热量是工程师们设计助推器的原因,助推器的部件必须能够承受这种热量非常高的温度,有时会超过1000华氏度。

但高温并不是唯一的极端条件火箭助推器忍受.这些系统的组件可以看到严寒的天气火箭燃料通常以液体推进剂(如液氢、液氧等)的形式储存低温条件下.这些燃料箱的温度可以低至-450°F.这些极低的温度要求极端的材料,特别是在机械密封应用,如火箭助推器。

努力sts - 134 -火箭发射-低温燃料

如何确定机械密封在低温应用中所需的材料

密封低温设备是非常重要的,因为许多低温设备是有毒的,并且/或如果不适当地控制,会对环境造成威胁。

但是,由于许多原因,许多机械密封不适合适当地容纳低温。当使用温度过低时,常规润滑脂或油润滑剂会凝结、凝固或变得过于粘稠。除此之外,低温流体的润滑性能非常差,可能导致“滑粘”问题。在密封面和端面之间缺乏稳定的流体膜会导致密封面的低温起泡。

自润滑性能碳石墨考虑一个可行的解决方案——但不是任何级别的碳都足够了。例如,树脂浸渍等级容易增加起泡率,因为树脂在低温下会变得非常脆。这些应用通常需要一个碳级,更持久一点。

1.锑浸渍碳石墨的优点

对于大多数低温应用来说,锑浸渍碳石墨级提供完美的解决方案。锑是首选之一浸渍材料为了完全填充碳,石墨的孔隙率。减少了碳石墨内部的孔隙率,提高了材料的自润滑能力,并提高了其抗起泡性。这在处理低温流体时尤其重要,因为低温流体的粘度可低至0.01 mPa∙s。由于这些液体很薄,它们可以很容易地进入材料的任何孔隙,如果它们在多孔空隙中的任何一点蒸发,它们就会膨胀,导致材料起泡。

低温流体粘度低的另一个后果是非常密封端面与端面之间形成一层流体动力薄膜。对于较硬的金属化等级,如镍,这种薄膜太薄,无法维持适当的密封。幸运的是,锑是一种软金属,可以在非常薄的流体薄膜上可靠地运行。作为一个额外的好处,与其他碳级相比,锑级具有极高的抗压强度。

2.对食品安全材料和超干应用的考虑

尽管锑浸渍等级在大多数应用中具有不可思议的好处,但在两种情况下,即使是锑浸渍等级也不足以作为密封面材料:

  • 如果需要机械密封食品安全
  • 如果应用太干,碳不能自润滑

在这两种情况下,一种材料叫做二硫化钼(金属氧化物半导体2可能是合适的碳替代品。二硫化钼被认为是被FDA公认为安全(GRAS)-该薄膜不含任何锑,这是锑浸渍碳不安全的食品应用。与碳石墨类似,二硫化钼的密封表面能够通过形成转移膜来进行自润滑。

金属氧化物半导体2看起来很像碳石墨。它甚至具有类似的层状分子结构,这使得它即使在极端干燥的环境中(当应用露点低于-22°F时)也能保持自润滑能力。虽然金属氧化物半导体2它的成本效益不如碳石墨,但它在其他材料都没有机会生存的环境中表现出色。

改善材料的未来应用

碳、石墨和金属氧化物2是低温密封表面的首选材料,有充分的理由。很少有替代材料(如果有的话)能够在这样苛刻的环境中密封。这两种材料在低温密封应用中都有很长的成功历史。

碳制造企业也在不断改进这一技术来开拓甚至更多的机会适用于低温密封。


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