Uszczelki spiralne metalowe są powszechnie uznawane za komponenty uszczelniające o wysokiej wydajności w przemysłowych systemach rurociągowych i kołnierzach sprzętu. Ich unikalna kompozytowa struktura i kombinacje materiałowe pozwalają im dostosować się do trudnych warunków pracy, takich jak wysoka temperatura, wysokie ciśnienie i średnia korozja. Poniżej znajduje się szczegółowe wprowadzenie z perspektywy **wyboru materiału**, **projektowania strukturalnego** oraz **właściwości chemicznych**:  

## 一、Wybór materiałów uszczelek spiralnych metalowych  

Wydajność uszczelek spiralnych z metalu w dużej mierze zależy od racjonalnego dopasowania dwóch podstawowych materiałów: **pasków metalowych** (zapewniających wsparcie strukturalne i wytrzymałość) oraz **materiału wypełniającego** (zapewniającego wydajność uszczelnienia). Wybór materiałów jest determinowany przez czynniki takie jak temperatura robocza, ciśnienie, rodzaj medium oraz wymagania dotyczące odporności na korozję. 

 ### 1. Materiały taśmy metalowej 

Metalowy pasek pełni rolę "szkieletu" uszczelki, zapewniając wytrzymałość mechaniczną, odporność na temperaturę i odporność na korozję. Powszechne materiały to:  

- **Stal Węglowa (CS)** 

  - **Zakres zastosowania**:Odpowiedni do mediów o niskiej temperaturze (≤300℃) i niekorozyjnych (takich jak powietrze, woda i olej) w ogólnych rurociągach przemysłowych. 

  - **Zalety**:Niski koszt, wysoka wytrzymałość mechaniczna i łatwe przetwarzanie. 

  - **Ograniczenia**:Słaba odporność na korozję; podatny na rdzewienie w wilgotnych lub korozyjnych środowiskach, co czyni go nieodpowiednim do mediów kwaśnych, alkalicznych lub zawierających sól.  

- **Stal nierdzewna 304/304L** 

  - **Zakres zastosowania**:Szeroko stosowane w średniotemperaturowych (≤600℃) i łagodnych środowiskach korozyjnych, takich jak przetwórstwo żywności, sprzęt farmaceutyczny i rurociągi do uzdatniania wody. 

  - **Zalety**:Doskonała odporność na korozję w atmosferze, wodzie oraz słabych kwasach/zasadach; dobra odporność na utlenianie w wysokich temperaturach. 

  - **Cechy 304L**:Niższa zawartość węgla niż 304, co zmniejsza ryzyko korozji międzykrystalicznej po spawaniu lub użyciu w wysokotemperaturowych warunkach.  

- **Stal nierdzewna 316/316L** 

  - **Zakres zastosowania**:Idealny do silnych mediów korozyjnych (takich jak woda morska, roztwory zawierające chlor, kwas siarkowy i kwas fosforowy) oraz środowisk wysokotemperaturowych (≤650℃), powszechnie stosowany w przemyśle chemicznym, morskim i petrochemicznym. 

  - **Zalety**:Dodany element molibdenu znacznie poprawia odporność na korozję wżerową i korozję szczelinową; lepsza ogólna odporność na korozję niż 304.  

- **Specjalne Stopy** 

  - **Inconel (np. 600/625)**:Odporny na wysokie temperatury (≤1000℃) i silną korozję (taką jak kwas azotowy, wysokotemperaturowa sól topniejąca), stosowany w przemyśle lotniczym i wysokotemperaturowych reaktorach chemicznych. 

  - **Hastelloy (np. C276)**:Doskonała odporność na silne kwasy (kwas solny, kwas siarkowy) i korozję chlorkową, odpowiednia do ekstremalnych środowisk chemicznych. 

  - **Tytan (Ti)**:Lekki, o wysokiej wytrzymałości, odporny na wodę morską, chlor i większość kwasów organicznych, ale o wyższych kosztach, stosowany w wysokiej klasy scenariuszach odpornych na korozję.  

### 2. Materiały wypełniające 

Wypełniacz jest owinięty metalowym paskiem, co zapewnia elastyczność i właściwości uszczelniające poprzez wypełnienie nieregularności powierzchni kołnierza. Do powszechnych wypełniaczy należą:  

- **Włókno bezazbestowe** 

  - **Skład**:Zwykle mieszane z włóknami nieorganicznymi (włókno szklane, włókno ceramiczne) i organicznymi spoiwami, zgodne z normami środowiskowymi (bezazbestowe). 

  - **Wydajność**: Dobra odporność na temperaturę (≤400℃), niski koszt i odpowiedni do ogólnych mediów wodnych, parowych i olejowych.  

- **Grafit** 

  - **Typy**:Naturalny grafit lub grafit ekspandowany, często impregnowany żywicą lub metalem w celu zwiększenia wytrzymałości. 

  - **Zalety**:Doskonała odporność na wysoką temperaturę (czysty grafit ≤600℃ w środowiskach utleniających, ≤1000℃ w środowiskach redukujących), dobra chemiczna obojętność (odporny na większość kwasów, zasad i rozpuszczalników organicznych) oraz wysoka kompresyjność. 

  - **Aplikacja**:Szeroko stosowane w rurociągach i urządzeniach wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych w przemyśle petrochemicznym, energetycznym i metalurgicznym.  

- **PTFE (Politetrafluoroetylen)** 

  - **Zalety**:Odporność na korozję na prawie wszystkie chemikalia (z wyjątkiem stopionych metali alkalicznych i gazu fluorowego), niski współczynnik tarcia oraz powierzchnia nieprzywierająca. 

  - **Ograniczenia**:Słaba odporność na temperaturę (≤260℃), wysoka tendencja do płynięcia w niskich temperaturach pod długotrwałym ciśnieniem. 

  - **Aplikacja**:Odpowiedni do mediów o niskiej temperaturze, silnie korozyjnych (takich jak kwas fluorkowy, gaz chlorowy) w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym. 

 - **Włókno ceramiczne** 

  - **Wydajność**:Ultra-wysoka odporność na temperaturę (≤1200℃), dobra izolacja termiczna, ale niska elastyczność i kruchość. 

  - **Aplikacja**:Używane w piecach wysokotemperaturowych, kotłach i kołnierzach piecowych, gdzie wymagana jest ekstremalna odporność na ciepło.  

## 二、Strukturalny projekt metalowych uszczelek spiralnych  

Projekt strukturalny bezpośrednio wpływa na efekt uszczelnienia, odporność na ciśnienie i zdolność do adaptacji podczas instalacji uszczelki. Typowe rodzaje strukturalne to: 

 ### 1. Podstawowa struktura nawijania 

- **Winding Form**:Metalowy pasek i wypełniacz są na przemian nawijane w spiralny sposób, tworząc koncentryczny okrągły przekrój z naprzemiennymi szczytami i dolinami. Ta struktura pozwala uszczelce na elastyczne odkształcanie się pod ciśnieniem kołnierza, zapewniając ścisły kontakt z powierzchnią kołnierza. 

- **Pierścienie wewnętrzne/zewnętrzne**:  

  - **Pierścień wewnętrzny (pierścień centrowania)**:Wykonany z tego samego materiału co metalowy pasek, zapobiega wciśnięciu wypełniacza do rurociągu podczas instalacji, zapewniając centrowanie i poprawiając odporność na ciśnienie. Jest obowiązkowy dla systemów wysokociśnieniowych (klasa 600 i wyżej). 

  - **Pierścień zewnętrzny (Pierścień prowadzący)**:Kieruje uszczelką podczas instalacji, aby uniknąć niewłaściwego ustawienia, chroni warstwę nawijania przed uszkodzeniem i ogranicza nadmierne ściskanie uszczelki.  

### 2. Typy strukturalne

### 3. Kluczowe parametry strukturalne 

- **Gęstość nawijania**:Liczba spiralnych zwojów na jednostkę długości; wyższa gęstość poprawia stabilność uszczelnienia, ale zmniejsza elastyczność. 

- **Grubość**:Typowe grubości to 3mm, 4.5mm, 6mm itd., wybierane na podstawie głębokości rowka kołnierza i wymagań ciśnieniowych. 

- **Wykończenie powierzchni**:Powierzchnia metalu jest zazwyczaj nieprzetworzona lub pasywna, aby zwiększyć odporność na korozję. 

## 三、Właściwości chemiczne metalowych uszczelek spiralnych   

Właściwości chemiczne zależą od połączenia paska metalowego i wypełniacza, co określa ich przystosowanie do różnych mediów: 

### 1. Odporność na korozję 

- **Kompatybilność z medium**: 

  - Uszczelki wypełnione grafitem z paskami ze stali nierdzewnej 316L wykazują doskonałą odporność na kwasy organiczne, zasady i roztwory soli, ale nie nadają się do silnych mediów utleniających (np. stężony kwas azotowy), ponieważ grafit może ulegać utlenieniu. 

  - Uszczelki wypełnione PTFE z paskami tytanowymi są idealne do silnych mediów korozyjnych, takich jak kwas fluorowodorowy i gaz chlorowy, ale PTFE może pęcznieć w niektórych rozpuszczalnikach organicznych (np. ketonach). 

  - Taśmy ze stopu Inconel z wypełniaczami z włókna ceramicznego opierają się wysokotemperaturowym stopionym solom i gazom zawierającym siarkę, odpowiednie do wysokotemperaturowych reaktorów petrochemicznych. 

 - **Dostosowanie do Środowiska**: 

  - Uszczelki ze stali nierdzewnej 304/316 są odporne na korozję atmosferyczną i mogą być stosowane w warunkach zewnętrznych lub wilgotnych. 

  - Uszczelki ze stali węglowej są podatne na rdzewienie w wilgotnych warunkach i wymagają powłok antykorozyjnych (np. cynkowanie) do krótkoterminowego użytku w mediach niekorozyjnych. 

 ### 2. Odporność na wysoką temperaturę 

- **Ciągła temperatura pracy**:  

  - Uszczelki bez azbestu: ≤400℃; 

  - Uszczelki wypełnione grafitem: pasek 304 ≤600℃, pasek Inconel ≤1000℃; 

  - Uszczelki wypełnione włóknem ceramicznym: pasek Inconel ≤1200℃. 

- **Stabilność termiczna**:Metalowy pasek utrzymuje wytrzymałość strukturalną w wysokich temperaturach, podczas gdy wypełniacz (np. grafit) opiera się utlenianiu i rozkładowi, zapewniając brak twardnienia lub pękania. 

 ### 3. Odporność na ciśnienie 

- **Uszczelnianie pod ciśnieniem**:Metalowy pasek zapewnia sztywność, aby opierać się ciśnieniu kołnierza, podczas gdy wypełniacz odkształca się, aby wypełnić szczeliny, co umożliwia uszczelce dostosowanie się do środowisk o wysokim ciśnieniu (do klasy 2500 lub 42MPa dla specjalnych projektów). 

- **Kompresja i Odbicie**:Struktura spiralna umożliwia elastyczną deformację pod wpływem ciśnienia, zachowując właściwości uszczelniające nawet przy niewielkim przesunięciu kołnierza spowodowanym wahania temperatury lub ciśnienia. 

### 4. Ograniczenia w wydajności chemicznej 

- **Wrażliwość na silne utleniacze**:Wypełniacze grafitowe łatwo utleniają się w stężonym kwasie azotowym lub w wysokotemperaturowych środowiskach tlenowych, co prowadzi do degradacji wydajności. 

- **Zimny przepływ PTFE**:Wypełniacze PTFE mogą wykazywać przepływ zimny pod długoterminowym wysokim ciśnieniem, co skutkuje zmniejszeniem efektu uszczelnienia, wymagając okresowego dokręcania. 

- **Ryzyko Korozji Galwanicznej**:Różne metale w kontakcie (np. kołnierz ze stali węglowej z uszczelką ze stali nierdzewnej) w mediach korozyjnych mogą powodować korozję galwaniczną, co wymaga odpowiedniego doboru materiałów.