Artikel ini membahas kemajuan teknologi dalam pemeliharaan pabrik yang bertujuan untuk mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi segel mekanis. Ini menyoroti inovasi seperti penyegelan ujung mekanis non-kontak dengan alur, yang mengurangi gesekan dan keausan dengan menggunakan gas inert alih-alih penghalang cairan. Bahan baru seperti silikon karbida dengan sifat pelumasan sendiri dan permukaan penyegelan berlapis berlian meningkatkan daya tahan dan kinerja. Standarisasi melalui EN 12756 dan API 682 memastikan pertukaran dan pengurangan biaya. Kemajuan ini secara signifikan meningkatkan keandalan penyegelan, penghematan energi, dan masa pakai, terutama dalam aplikasi kritis seperti minyak dan gas, petrokimia, dan farmasi.
Dalam pemeliharaan pabrik dapat mengurangi biaya. Untuk mencapai ini, ada dua faktor penting:
Pengembangan teknologi
Sebuah segel mekanis terdiri dari komponen berputar (cincin dinamis) dan komponen tetap (cincin statis). Cincin bergerak biasanya terhubung ke bagian berputar dari peralatan (seperti poros), sementara cincin diam terhubung ke bagian tetap dari mesin (seperti kotak pengepakan pompa putar). Untuk memastikan kinerja penyegelan yang efektif, permukaan penyegelan harus benar-benar datar dan kekasaran permukaan harus sangat rendah. Cincin dinamis dan statis yang dipasangkan dengan tepat dapat menempel erat, secara efektif mencegah kebocoran cairan proses.
Interaksi antara dua permukaan penyegelan menentukan keadaan keseimbangan hidraulik dari segel mekanis. Dalam kondisi kerja normal, film cairan yang terbentuk dapat mencapai keseimbangan hidraulik antara gaya pembukaan dan penutupan yang dihasilkan oleh tekanan cairan penyegel, sehingga membatasi kebocoran fisik. Standar API 682 memberikan panduan dan spesifikasi terperinci tentang cara menghitung parameter ukuran yang benar.
Namun, selama operasi, cincin penyegel dapat mengalami deformasi karena tekanan mekanis dan termal, yang dapat mempengaruhi kinerja segel mekanis. Deformasi ini akan memutus keseimbangan hidraulik asli, membuat film cairan antara permukaan penyegelan tidak stabil dan menyebabkan kebocoran berlebihan.
Oleh karena itu, para insinyur terus menjelajahi metode teknologi baru untuk mengurangi gesekan, terutama dalam kondisi aplikasi kritis, dengan fokus khusus pada pengembangan bahan baru dan penerapan teknologi penyegelan baru. Inovasi ini telah secara signifikan meningkatkan efisiensi dan keandalan penyegelan dalam proses produksi modern.
Teknologi non-kontak - permukaan ujung geser dengan alur
Sistem penyegelan ujung mekanis non-kontak terdiri dari cincin bergerak dan cincin diam. Ujung cincin bergerak diproses secara khusus untuk memiliki bentuk geometris tertentu (seperti spiral atau bertingkat), yang dapat menghasilkan efek dinamis fluida antara dua ujung, sehingga membentuk celah kecil yang stabil di antara mereka (lihat Gambar 1). Desain ini memanfaatkan prinsip pengangkatan dinamis fluida, memungkinkan permukaan penyegelan untuk mempertahankan keadaan penyegelan yang efektif tanpa kontak langsung.
Tidak seperti segel kontak tradisional, desain non-kontak ini tidak bergantung pada penghalang cairan dan sistem pendukung terkait. Sebaliknya, ia mencapai efek penyegelan dengan memasok gas inert ke antarmuka penyegelan. Pemilihan gas inert biasanya didasarkan pada stabilitas kimia dan adaptabilitasnya terhadap lingkungan kerja untuk menghindari reaksi dengan media yang disegel. Selain itu, tekanan dan laju aliran gas inert dapat dikontrol dengan tepat melalui panel kontrol sederhana untuk memastikan stabilitas dan keandalan kinerja penyegelan.
Karena pengurangan koefisien gesekan dan keausan segel yang efektif hingga mendekati nol, solusi ini sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan penghematan energi yang signifikan, terutama dalam industri minyak dan gas, petrokimia, dan farmasi yang memerlukan emisi nol.
Material generasi baru
Bahan silikon karbida dengan sifat pelumasan sendiri banyak digunakan dalam segel mekanis. Dalam pemilihan pasangan untuk bagian yang bergerak, bahan dengan kekerasan yang berbeda biasanya digunakan untuk meminimalkan gesekan sebanyak mungkin. Pemilihan kombinasi cincin penyegel sangat penting, di antaranya kombinasi yang paling umum digunakan adalah cincin karbon dan cincin silikon karbida (lihat Gambar 2, koefisien PxV untuk kombinasi permukaan umum). Kombinasi ini tidak hanya memiliki konduktivitas termal dan ketahanan kimia yang sangat baik, tetapi juga secara efektif menahan keausan yang disebabkan oleh partikel abrasif dalam cairan.
Ketika cincin grafit dan cincin silikon karbida mengalami deformasi karena berbagai alasan, mereka menunjukkan kemampuan adaptasi yang sangat baik satu sama lain, sehingga mempertahankan kinerja penyegelan yang baik. Namun, dalam situasi di mana tekanan kerja sangat tinggi atau cairan mengandung banyak kotoran, dua cincin dengan kekerasan tinggi harus digunakan untuk memastikan efek penyegelan. Meskipun bahan-bahan ini memiliki koefisien gesekan yang tinggi, hal ini dapat menghasilkan lebih banyak panas selama rotasi, yang dapat menyebabkan penguapan film cairan, menyebabkan operasi kering, deformasi cincin atau patah, dan mempengaruhi kinerja gasket tambahan.
Proses manufaktur yang baru dikembangkan melibatkan penambahan partikel bahan pelumas sendiri ke dalam matriks silikon karbida yang disinter melalui metode perendaman (metode perendaman silikon karbida). Cincin tetap dan berputar yang dibuat menggunakan metode ini dapat mencapai batas kinerja yang sangat tinggi. Secara khusus, segel mekanis yang menggunakan bahan ini dapat membatasi nilai torsi yang diserap, secara signifikan mengurangi gesekan dan pembangkitan panas. Ini tidak hanya meningkatkan daya tahan dan keandalan komponen penyegelan, tetapi juga memperpanjang masa pakainya, terutama cocok untuk aplikasi di bawah kondisi kerja ekstrem.
Permukaan segel berlapis berlian
Cincin silikon karbida biasanya dilapisi dengan lapisan tipis pelapisan berlian melalui proses deposisi uap kimia (CVD) untuk meningkatkan sifat tribologis dan kompatibilitas kimianya. Dalam aplikasi air panas di pembangkit listrik dan fasilitas minyak bumi dan petrokimia, gas cair rentan terhadap penguapan, yang menyebabkan hilangnya kinerja pelumasan, sementara pelapisan berlian dapat secara signifikan meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan korosi segel.
Dalam industri farmasi, segel tradisional seringkali tidak dapat memenuhi persyaratan ketat karena kebutuhan untuk menghindari kontaminasi, sementara segel berlapis berlian menunjukkan ketahanan kimia dan kemurnian yang sangat baik, sepenuhnya memenuhi persyaratan standar tinggi ini.
Selain itu, segel mekanis yang menggunakan cincin berlapis berlian dapat menahan operasi singkat di bawah kondisi operasi kering dari penyegelan ganda dan penyegelan non-kontak, lebih lanjut memperluas jangkauan aplikasinya.
Segel mesin teknik
Selama fase desain, menjaga konsistensi dalam area penampang cincin penyegelan adalah tantangan utama (lihat Gambar 3). Konsistensi ini penting untuk memastikan stabilitas penggerak cincin penyegelan dan mencegah pembalikan. Jenis segel ini saat ini banyak digunakan dalam pompa umpan boiler, pipa, sistem injeksi air, pompa multiphase, dan aplikasi tekanan tinggi lainnya dengan tekanan kerja melebihi 100 bar. Mengontrol ukuran dan bentuk cincin penyegelan secara akurat tidak hanya membantu mempertahankan kinerja penyegelan, tetapi juga secara efektif mengurangi keausan dan memperpanjang masa pakai.
Standarisasi dan pertukaran
Komponen segel mekanis, seperti aksesori industri lainnya, memiliki standar referensi yang menentukan dimensi instalasinya, memungkinkan penggunaan segel yang diproduksi oleh produsen lain untuk penggantian. Ini tidak hanya meningkatkan kualitas layanan bagi pengguna akhir, tetapi juga mengurangi biaya operasional pabrik.
Standar EN 12756
Standar EN 12756 menentukan dimensi instalasi utama untuk segel mekanis tunggal dan segel mekanis ganda ketika digunakan sebagai komponen, tidak termasuk flensa dan lengan yang menutupi komponen berputar dan tetap. Pada periode pasca-perang awal, batch pertama segel mekanis diperkenalkan dari Amerika Serikat ke Eropa, dengan satuan pengukuran dalam inci.
Standar DIN 24960 kemudian berkembang menjadi standar EN 12756, membawa manfaat signifikan bagi produsen yang memproduksi pompa sesuai dengan standar ISO, terutama bagi pengguna akhir yang tidak lagi terbatas pada pemasok segel yang menyediakan produk non-standar. Harga segel dan biaya perawatan terkaitnya oleh karena itu telah berkurang secara signifikan.
Standar API
Pompa dalam peralatan minyak dan gas biasanya diproduksi sesuai dengan standar API 610, sementara segel mekanis biasanya diproduksi sesuai dengan standar API 682. Menurut standar ini, segel harus disediakan dalam bentuk komponen silinder, dilengkapi dengan flensa dan bushing, untuk menyederhanakan instalasi dan memungkinkan pengujian sebelum pengiriman. Standar API memberikan rekomendasi untuk menentukan ukuran segel mekanis berdasarkan spesifikasi kotak pengepakan dari berbagai pompa API di pasar.
Standarisasi ini tidak hanya layak secara teknis, tetapi juga dapat menstandarisasi dimensi keseluruhan komponen di dalam kotak pengepakan, sehingga mencapai produksi massal skala menengah dan mengurangi biaya manufaktur dan manajemen gudang.
Pentingnya, standarisasi ini memungkinkan pengguna akhir untuk memilih 'produsen segel mekanis yang memenuhi syarat' yang berbeda, sehingga menghilangkan masalah pertukaran. Melalui metode ini, pengguna dapat dengan fleksibel memilih segel yang sesuai dan memastikan penggantian yang lancar, mengurangi waktu henti dan biaya perawatan yang disebabkan oleh segel yang tidak cocok.
