דרישות לטבעות איטום מתכתיות בגלילי מדחס דיאפרגמה

מדחסים מסוג דיאפרגמה נמצאים בשימוש נרחב בדחיסת גז, ייצור כימי ועיבוד גז מיוחד בשל יתרונותיהם של חוסר דליפה, יחס דחיסה גבוה וניקיון. טבעת האטם המתכתית במבנה הליבה שלה היא מרכיב מפתח להבטחת איטום יעיל בין הצילינדר לסרעפת, הקשור ישירות ליעילות התפעול, אורך החיים ובטיחות הציוד. מאמר זה מנתח את הדרישות המרכזיות של צילינדר מדחס דיאפרגמה עבור טבעות אטם מתכת מנקודת מבט טכנית.

1. ביצועי איטום גבוהים
תחת לחץ גבוה (עד 30 מגה פסקל או יותר) ותנאי תנועה הדדית תכופים, טבעת האטם המתכתית צריכה להשיג איטום סטטי ודינמי ללא דליפות.

איטום סטטי: כאשר המדחס מופסק או בפעולה יציבה, טבעת האטם צריכה להתאים היטב למשטח הצילינדר והדיאפרגמה כדי למנוע דליפת גז זעירה.

איטום דינמי: בתנודות בתדר גבוה של הסרעפת (בדרך כלל 200-1000 פעמים/דקה), טבעת האטם צריכה לשמור על לחץ אחיד על משטח המגע כדי למנוע כשל איטום עקב תנודות.
מפתח טכני: טבעת האיטום צריכה לפצות על דפורמציה מיקרוסקופית באמצעות גלי או עיצוב מבנה אלסטי, ויש לשלוט על חספוס פני השטח בטווח של Ra≤0.8μm.

2. עמידות בפני לחץ ועמידות בפני טמפרטורה בתנאי עבודה קיצוניים
מדחסים דיאפרגמטיים מתמודדים לעיתים קרובות עם תנאי עבודה משולבים של טמפרטורה גבוהה (-50℃ עד 300℃) ולחץ גבוה, מה שמציב דרישות מחמירות לחומר ולמבנה של טבעות איטום מתכת.

עמידות בלחץ: תחת לחץ גבוה, טבעת האיטום צריכה להיות בעלת חוזק כניעה גבוה (בדרך כלל ≥800 MPa) כדי למנוע עיוות פלסטי וכשל באיטום.

עמידות בטמפרטורה: החומר צריך לעמוד בפני זעזועים מחזוריים חמים וקרים, ועמידות החמצון של החומר (כגון יציבות שכבת התחמוצת של סגסוגות מבוססות ניקל) ושבירות בטמפרטורה נמוכה (כגון קשיחות בטמפרטורה נמוכה של סגסוגות טיטניום) בטמפרטורה גבוהה חייבת לעמוד בדרישות.
פתרון: שימוש במבנה מרוכב רב שכבתי (כגון מתכת + אלסטומר) או בתכנון חומר גרדיאנט כדי לאזן בין נשיאת לחץ לבין יכולת הסתגלות לטמפרטורה.

3. עמידות בפני קורוזיה ויציבות כימית
בתרחישים של גז כימי או גז מיוחד (כגון כלור, מימן, תווך חומצי), טבעת האיטום צריכה לעמוד בפני שחיקה על ידי תווך קורוזיבי.

בחירת חומר: עדיף להשתמש ב-Hastelloy C276, Monel או ציפוי משטח (כגון ציפוי מרוכב PTFE).

יציבות לטווח ארוך: יש לאמת את עמידות הקורוזיה באמצעות בדיקת ריסוס מלח (ASTM B117) ובדיקת טבילה בגז חומצי (כגון סימולציית סביבת H2S).

4. איזון דינמי של גמישות וקשיחות
טבעת האיטום צריכה להשיג איטום אמין בטווח העיוות האלסטי ולקבל קשיחות מספקת כדי לעמוד בפני שחול בלחץ גבוה.

בקרת מודול אלסטיות: כוונון מודול האלסטיות (ערך טיפוסי: 100-200 GPa) על ידי אופטימיזציה של יחס החומר (כגון הוספת יסודות בריליום ומוליבדן) או תכנון מבני (כגון גלי בצורת V).

אורך חיים של עייפות: עליו לעמוד בדרישות חוזק העייפות תחת עומסים מחזוריים של 10^7 כדי למנוע סדקים הנגרמים כתוצאה מעיוות חוזר ונשנה.

5. עיבוד שבבי מדויק ויכולת הסתגלות
טבעת האיטום המתכתית צריכה להשיג התאמה מדויקת ביותר עם הצילינדר והסרעפת, ובקרת סובלנות משפיעה ישירות על אפקט האיטום.

דיוק ממדי: יש לשלוט על סבילות הקוטר בטווח של ±0.02 מ"מ, וסבילות הצורה והמיקום (כגון עגלגלות ושטיחות) חייבת להיות ≤0.01 מ"מ.

טיפול פני השטח: השתמשו בליטוש או ציפוי כימי כדי להפחית את מקדם החיכוך (≤0.1) ולהפחית את הבלאי.

ו. אורך חיים ואמינות ארוכים
כשל טבעת האטם הוא אחד ממצבי הכשל העיקריים של מדחס הסרעפת, ואורך החיים שלו חייב להתאים למחזור שיפוץ הציוד (בדרך כלל ≥8000 שעות).

עמידות בפני שחיקה: קשיות פני השטח חייבת להגיע ל-HRC 40-50, וניתן לשפרה באמצעות ניטריד או ציפוי טונגסטן קרביד.

תחזוקה: תכנון מבנה מודולרי לתמיכה בהחלפה מהירה והפחתת עלויות השבתה.

מַסְקָנָה
ביצועי טבעת האטם המתכתית קובעים ישירות את יעילות האיטום ואת אמינות התפעול של מדחס הסרעפת. בעתיד, עם פיתוח חומרים חדשים (כגון זכוכית מתכתית, סגסוגות ייצור תוספי) וטכנולוגיות ניטור חכמות (כגון חיישני מאמץ משובצים), טבעת האטם תתפתח לתנאי עבודה גבוהים יותר, אורך חיים ארוך יותר ואינטליגנציה. עבור מתכננים, נדרשת אופטימיזציה מקיפה ממגוון ממדים, כולל חומרים, מבנים ותהליכים, כדי לעמוד בדרישות התעשייתיות המחמירות יותר ויותר של מדחסי הסרעפת.