Gioăng làm kín: phân loại vật liệu làm kín và cách chọn

Gioăng làm kín là chi tiết ép giữa hai bề mặt để chặn chất lỏng, khí thoát ra. Vật liệu làm kín chia hai phía: làm kín tĩnh ở mặt bích, nắp, cửa lò và làm kín động trên trục, gồm dây tết chèn, phớt cơ khí, phớt chắn dầu. Mốc nhiệt: PTFE tới 260 độ C, graphite 450 độ C trong không khí và 650 độ C trong hơi nước, sợi gốm dùng liên tục 1100 đến 1315 độ C.

Nhiệt độ, áp suất và tốc độ trục tối đa mà hãng công bố cho một vật liệu không đạt cùng lúc. Mọi con số dưới đây là mức riêng lẻ, đọc kèm điều kiện đi theo nó.

Phân loại gioăng làm kín: làm kín tĩnh và làm kín động

Làm kín tĩnh áp dụng khi hai bề mặt không chuyển động tương đối với nhau, như mặt bích, nắp thiết bị, cửa lò. Làm kín động áp dụng khi có trục quay hoặc ty tịnh tiến đi qua, như bơm, van, máy khuấy. Gioăng thuộc nhóm tĩnh, còn dây tết chèn và phớt thuộc nhóm động.

Theo cách phân nhóm của Flexitallic, gioăng tĩnh có 3 nhóm. Chọn nhóm dựa trên nhiệt độ, áp suất, mức ăn mòn và mức quan trọng của mối nối:

• Gioăng mềm cắt tấm: tấm sợi không amiang, PTFE, graphite, gioăng cách điện. Dùng cho áp thấp tới trung bình, thường ở bích class 150 và 300.
• Gioăng bán kim loại: gioăng xoắn, Kammprofile (Flexpro), gioăng bọc kim loại. Phần kim loại cho sức bền và độ đàn hồi, phần phi kim cho độ ôm bề mặt.
• Gioăng kim loại: vòng RTJ, lens ring, weld ring. Nhóm này cần lực siết cao.

Làm kín động cũng có 3 nhóm. Dây tết chèn cho phép rò nhỏ để bôi trơn và tản nhiệt. Phớt cơ khí làm kín bằng hai mặt ma sát phẳng. Phớt chắn dầu làm kín bằng môi cao su ôm lấy trục. Kho bán nhóm gioăng mềm và dây tết chèn; gioăng xoắn và RTJ chỉ nêu ở đây để phân biệt các nhóm.

Bảng so sánh gioăng làm kín: 16 vật liệu làm kín theo nhiệt độ, áp suất và môi chất

Số trong bảng là số của mã hàng do hãng công bố cho loại vật liệu đó, không phải số đo lô tồn kho. Ô trống nghĩa là hãng không công bố mức đó. Cột nhiệt và áp là các trần riêng lẻ, không đạt cùng lúc trong một điều kiện làm việc.

Vật liệu làm kín	Nhóm	Chuyển động	Nhiệt độ theo hãng (độ C)	Áp suất theo hãng	Môi chất hợp
Gioăng PTFE	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích	−180 đến 260		Axit, kiềm pH 0 đến 14, bích phẳng áp thấp
Gioăng ePTFE	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích	−60 đến 230	Thường dùng tới 40 bar	Hoá chất, bích dễ vỡ, bích không phẳng
Gioăng bọc PTFE lõi EPDM	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích	−20 đến 140	Tối đa 10 bar	Hoá chất ăn mòn, bích tráng men, bích FRP
Gioăng chì graphite	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích	450 trong không khí, 650 trong hơi nước	40 bar không cốt; 100 đến 102 bar cốt inox đục gai	Hơi, dầu nóng; pH 0 đến 14 trừ axit nitric đặc
Gioăng amiang (bìa CAF)	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích	Theo mác: CJ-29 210, CJ-9 380, CJ-27 550	Theo mác: 35 đến 160 kg/cm²	Nước, hơi, dầu, axit tuỳ mác
Gioăng không amiang	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích	Theo mã: NAM 39 180, NA 1122 430 liên tục	Theo mã: 50 đến 150 kg/cm²	Nước, dầu, hơi, khí nén tuỳ mã
Gioăng silicon chịu nhiệt	Gioăng mềm	Tĩnh, nắp, cửa	−40 đến 200		Không dầu khoáng, không hơi trên 121 độ C
Gioăng sợi gốm ceramic	Gioăng mềm	Tĩnh, cửa lò, khe	Chăn gốm dùng liên tục 1100 đến 1315		Khí nóng, cửa lò
Gioăng sợi thủy tinh	Gioăng mềm	Tĩnh, mặt bích khói	−100 đến 400	1.500 psi, khoảng 103 bar	Khói, khí nóng
Gioăng xoắn (spiral wound)	Gioăng bán kim loại	Tĩnh, mặt bích		Áp thấp đến cao, bích trên class 300	Theo cặp kim loại và chất độn
Vòng RTJ kiểu R, RX	Gioăng kim loại	Tĩnh, rãnh bích RTJ		Tới 6.250 psi, khoảng 431 bar	Dầu khí áp cao
Dây tết chèn PTFE	Làm kín trục	Quay, tịnh tiến, ty van	−200 đến 260	Tốc độ trục 8 đến 12 m/s	Hoá chất pH 0 đến 14
Dây tết chèn graphite	Làm kín trục	Quay, ty van	455 trong không khí, 650 trong hơi nước	Bơm quay 20 đến 35 bar; tốc độ 20 đến 25 m/s	Hơi, nước nóng; trừ chất oxy hoá mạnh
Phớt chắn dầu NBR	Làm kín trục	Quay	−30 đến 100	Tối đa 0,05 MPa; tốc độ dưới 15 m/s	Dầu bôi trơn, mỡ
Phớt chắn dầu FKM (Viton)	Làm kín trục	Quay	−20 đến 200	Tối đa 0,05 MPa; tốc độ dưới 15 m/s	Dầu nóng, nhiên liệu
Phớt cơ khí	Làm kín trục	Quay			Theo cặp mặt ma sát và gioăng phụ của hãng

Đơn vị áp suất giữa các hãng khác nhau nên cần quy đổi trước khi so: 1 MPa = 10 bar = 145 psi; 1 kgf/cm² = 0,981 bar.

Gioăng làm kín phi kim loại cho mặt bích: graphite, PTFE, sợi ép, silicone

Nhóm gioăng mềm phi kim loại phủ phần lớn bích áp thấp tới trung bình. Mỗi loại có một giới hạn nhiệt và môi chất riêng: graphite 450 độ C trong không khí, PTFE 260 độ C, silicone 200 độ C, sợi thủy tinh 400 độ C. Danh mục gioăng phi kim loại gom các loại này.

Gioăng chì graphite (chì ở đây là than chì, không phải kim loại chì) chịu 450 độ C trong không khí và 650 độ C trong hơi nước. Áp suất là 40 bar với tấm không cốt, 100 đến 102 bar với tấm cốt inox đục gai. Graphite làm kín cả dải pH 0 đến 14, trừ axit nitric đặc. Trên 450 độ C trong không khí cần hỏi hãng.

PTFE làm việc từ −180 đến 260 độ C, pH 0 đến 14, nhưng chảy nguội ở bích áp thấp. ePTFE thường dùng tới 230 độ C và 40 bar, hợp bích không phẳng. Gioăng bọc PTFE lõi EPDM dùng 140 độ C, 10 bar cho bích tráng men dễ vỡ. Silicone chạy từ −40 đến 200 độ C, nhưng không dùng với dầu khoáng và không dùng với hơi trên 121 độ C.

Bìa amiang thay đổi theo mác: CJ-29 chịu 210 độ C, CJ-27 chịu 550 độ C, và việc dùng amiang bị luật hạn chế. Tấm không amiang chia theo mã: NAM 39 chịu 180 độ C liên tục, NA 1122 chịu 430 độ C liên tục. Sợi gốm dùng cho cửa lò, sợi thủy tinh chịu 400 độ C trong đường khói. Flexitallic khuyến nghị chọn gioăng mềm mỏng tới mức bích cho phép, vì nhiệt dùng của tấm sợi ép phụ thuộc độ dày. Bảng so sánh 13 vật liệu gioăng chịu nhiệt đi sâu hơn vào từng loại.

Gioăng bán kim loại và gioăng kim loại: khi nào gioăng mềm không đủ

Gioăng mềm đủ dùng khi dịch vụ không vượt class 300 và mối nối không quan trọng. Lên trên class 300, hoặc khi mối nối quan trọng, lưu đồ của Flexitallic chuyển sang gioăng xoắn, Kammprofile, MRG hoặc weld ring. Bích rãnh RTJ trên class 600 dùng vòng RTJ.

Vòng RTJ kiểu R và RX làm kín tới 6.250 psi, khoảng 431 bar (số quy đổi). Vòng kim loại đặc hồi phục đàn hồi kém, nên phải mềm hơn rãnh bích để biến dạng trước khi rãnh bị hỏng. Các nhóm này đòi hỏi lực siết cao và đúng mặt bích, vì vậy cần đối chiếu bản vẽ mối nối trước khi đặt.

Gioăng làm kín động cho trục bơm, ty van: dây tết chèn, phớt cơ khí, phớt chắn dầu

Dây tết chèn chỉnh được tại chỗ bằng nắp ép, và phải để rò nhỏ. AESSEAL ghi 5 ml/phút cho mỗi 25mm trục, SEPCO ghi 8 đến 12 giọt/phút cho mỗi inch trục. Dòng rò này bôi trơn và tản nhiệt cho trục; siết kín hẳn thì dây cháy và mòn trục.

Dây PTFE làm việc từ −200 đến 260 độ C với tốc độ trục 8 đến 12 m/s. Dây graphite chịu 455 độ C trong không khí và 650 độ C trong hơi nước, bơm quay 20 đến 35 bar, tốc độ 20 đến 25 m/s theo hãng, các mức này không đạt cùng lúc. Dây lõi inox chỉ dùng cho ty van: AESSEAL 355 ghi 0 bar, 0 m/s cho bơm quay.

Phớt chắn dầu bằng NBR dùng từ −30 đến 100 độ C, bằng FKM từ −20 đến 200 độ C, áp tối đa 0,05 MPa, tốc độ trượt dưới 15 m/s. Loại chịu áp của NOK chịu 0,98 MPa (TCN) và 2,0 MPa (TCZ). Phớt cơ khí tốt thì không rò nhìn thấy, khi hỏng phải thay cả cụm. Việc chọn giữa hai hướng được phân tích ở bài dây tết chèn hay phớt cơ khí.

Cách chọn gioăng làm kín theo chuyển động, nhiệt độ, áp suất và môi chất

Chọn theo 5 tiêu chí theo thứ tự: chuyển động, nhiệt độ, áp suất, môi chất, rồi tình trạng mặt bích hoặc trục. Bề mặt đứng yên thì chọn gioăng; trục quay thì chọn dây tết chèn hoặc phớt. Những mục dưới đây xếp theo thứ tự đó.

• Chuyển động: bề mặt đứng yên chọn gioăng; trục quay hoặc ty tịnh tiến chọn dây tết chèn hoặc phớt.
• Nhiệt độ: đọc đúng môi trường. Graphite 450 độ C là trong không khí, 650 độ C là trong hơi nước; trên 450 độ C trong không khí phải hỏi hãng. Số liệu chi tiết nằm ở bài graphite chịu nhiệt bao nhiêu độ.
• Áp suất: gioăng mềm cho bích class 150 và 300; trên class 300 cần bán kim loại; graphite không cốt dùng tới 40 bar.
• Môi chất: axit, kiềm chọn họ PTFE; dầu khoáng tránh silicone; chất oxy hoá mạnh như axit nitric đặc, oleum tránh graphite.
• Mặt bích, trục: bích tráng men dễ vỡ chọn ePTFE hoặc bọc PTFE; trục mòn rãnh hoặc đảo phải sửa trước khi thay dây.

Sai lầm thường gặp khi chọn gioăng làm kín và vật liệu làm kín

Các lỗi dưới đây đều xuất phát từ việc đọc nhầm điều kiện của con số nhiệt hoặc áp. Cả 6 lỗi tránh được khi đọc đủ ghi chú của hãng.

• Lấy 650 độ C hơi nước của graphite làm nhiệt trong không khí, trong khi giới hạn ở không khí là 450 độ C.
• Cộng trần nhiệt, áp và tốc độ thành một dòng, trong khi hãng ghi các mức này không đạt cùng lúc.
• Cho rằng gioăng không amiang chịu nhiệt hơn amiang: bìa amiang IS 2712 W/1 chịu 510 độ C, còn NAM 39 chỉ 180 độ C liên tục.
• Dùng PTFE cho hơi trên 260 độ C.
• Dùng dây lõi inox cho bơm quay, trong khi mức ghi của AESSEAL 355 là 0 bar, 0 m/s.
• Dùng silicone cho dầu khoáng hoặc hơi trên 121 độ C.

Mua gioăng làm kín và dây tết chèn: đo gì, gửi gì để đặt đúng

Đặt gioăng cần DN và tiêu chuẩn bích (JIS 10K, ANSI 150, DIN PN16), nhiệt độ, áp suất, môi chất và số lượng. Nếu có gioăng cũ, chụp ảnh đặt cạnh thước. Cần vài cái thì mua loại cắt sẵn; cần nhiều cỡ thì mua theo tấm rồi tự cắt, khổ amiang 1270×1270, graphite 1000×1000.

Đặt dây tết chèn cần đường kính trục, đường kính lòng hộp chèn và độ sâu hộp. Cạnh dây bằng (Ø hộp − Ø trục) ÷ 2. Dây bán theo mét, đóng hộp 10 kg hoặc làm bộ vòng cắt sẵn. Sau khi nhận hàng, thợ lắp theo trình tự ở bài cách lắp dây tết chèn.

Câu hỏi thường gặp về gioăng làm kín