Dit artikel bespreekt technologische vooruitgang in het onderhoud van installaties gericht op het verlagen van kosten en het verbeteren van de efficiëntie van mechanische afdichtingen. Het benadrukt innovaties zoals niet-contact mechanische eindvlakafdichtingen met groeven, die wrijving en slijtage verminderen door gebruik te maken van inert gas in plaats van vloeistofbarrières. Nieuwe materialen zoals siliciumcarbide met zelf-smerende eigenschappen en diamant-gecoate afdichtingsoppervlakken verbeteren de duurzaamheid en prestaties. Standaardisatie door EN 12756 en API 682 zorgt voor uitwisselbaarheid en kostenreductie. Deze vooruitgangen verbeteren de afdichtingsbetrouwbaarheid, energiebesparingen en levensduur aanzienlijk, vooral in kritische toepassingen zoals olie en gas, petrochemie en farmaceutica.
In het onderhoud van installaties kunnen kosten worden verlaagd. Om dit te bereiken, zijn er twee belangrijke factoren:
Technologische ontwikkeling
Een mechanische afdichting bestaat uit een roterend onderdeel (dynamische ring) en een vast onderdeel (statische ring). De bewegende ring is meestal verbonden met het roterende deel van de apparatuur (zoals de as), terwijl de stationaire ring is verbonden met het vaste deel van de machine (zoals de pakkingdoos van de roterende pomp). Om een effectieve afdichtingsprestatie te garanderen, moet het afdichtingsoppervlak absoluut vlak zijn en de oppervlakteruwheid moet extreem laag zijn. De nauwkeurig op elkaar afgestemde dynamische en statische ringen kunnen strak passen, waardoor lekkage van procesvloeistoffen effectief wordt voorkomen.
De interactie tussen de twee afdichtingsoppervlakken bepaalt de hydraulische evenwichtstoestand van de mechanische afdichting. Onder normale werkomstandigheden kan de gevormde vloeistoffilm hydraulisch evenwicht bereiken tussen de open- en sluitkrachten die worden gegenereerd door de druk van de afdichtingsvloeistof, waardoor fysieke lekkage wordt beperkt. De API 682-standaard biedt gedetailleerde richtlijnen en specificaties over hoe de juiste maatparameters te berekenen.
Echter, tijdens de werking kan de afdichtring vervormen door mechanische en thermische spanningen, wat de prestaties van de mechanische afdichting kan beïnvloeden. Deze vervorming zal de oorspronkelijke hydraulische balans verbreken, waardoor de vloeistoffilm tussen de afdichtingsoppervlakken onstabiel wordt en leidt tot overmatige lekkage.
Daarom verkennen ingenieurs voortdurend nieuwe technologische methoden om wrijving te verminderen, vooral onder kritische toepassingsomstandigheden, met speciale aandacht voor de ontwikkeling van nieuwe materialen en de toepassing van nieuwe afdichtingstechnologieën. Deze innovaties hebben de afdichtingsefficiëntie en betrouwbaarheid in moderne productieprocessen aanzienlijk verbeterd.
Niet-contact technologie - glijdend eindvlak met groeven
Het niet-contact mechanische eindvlak afdichtingssysteem bestaat uit een bewegende ring en een stationaire ring. Het eindvlak van de bewegende ring is speciaal bewerkt om een specifieke geometrische vorm te hebben (zoals spiraal of getrapt), die vloeistofdynamische effecten kan genereren tussen de twee eindvlakken, waardoor een stabiele kleine opening tussen hen wordt gevormd (zie Figuur 1). Dit ontwerp maakt gebruik van het principe van vloeistofdynamische lift, waardoor het afdichtingsoppervlak een effectieve afdichtingsstaat kan behouden zonder direct contact.
In tegenstelling tot traditionele contactafdichtingen, vertrouwt dit niet-contact ontwerp niet op vloeistofbarrières en hun gerelateerde ondersteuningssystemen. Integendeel, het bereikt afdichtingseffect door inert gas aan de afdichtingsinterface te leveren. De selectie van inerte gassen is meestal gebaseerd op hun chemische stabiliteit en aanpassingsvermogen aan de werkomgeving om reacties met het afgedichte medium te vermijden. Bovendien kunnen de druk en stroomsnelheid van het inerte gas nauwkeurig worden gecontroleerd via een eenvoudig bedieningspaneel om de stabiliteit en betrouwbaarheid van de afdichtingsprestatie te waarborgen.
Vanwege de effectieve vermindering van de wrijvingscoëfficiënt en slijtage van afdichtingen tot bijna nul, is deze oplossing zeer geschikt voor toepassingen die aanzienlijke energiebesparingen vereisen, vooral in de olie- en gas-, petrochemische en farmaceutische industrieën die nul-emissies vereisen.
Nieuwe generatie materialen
Siliciumcarbide materialen met zelf-smerende eigenschappen worden veel gebruikt in mechanische afdichtingen. Bij de selectie van matching voor bewegende delen worden meestal materialen van verschillende hardheid gebruikt om wrijving zoveel mogelijk te minimaliseren. De selectie van afdichtringcombinatie is bijzonder cruciaal, waarvan de meest gebruikte combinatie koolstofring en siliciumcarbide ring is (zie Figuur 2, druk x cyclus snelheid PxV-coëfficiënt voor veelvoorkomende oppervlaktecombinaties). Deze combinatie heeft niet alleen uitstekende thermische geleidbaarheid en chemische weerstand, maar weerstaat ook effectief slijtage veroorzaakt door schurende deeltjes in de vloeistof.
Wanneer grafietringen en siliciumcarbide ringen vervormen door verschillende redenen, vertonen ze uitstekende wederzijdse aanpassingsvermogen, waardoor ze een goede afdichtingsprestatie behouden. Echter, in situaties waar de werkdruk zeer hoog is of de vloeistof een grote hoeveelheid vuil bevat, moeten twee ringen met hoge hardheid worden gebruikt om het afdichtingseffect te garanderen. Hoewel deze materialen een hoge wrijvingscoëfficiënt hebben, kan dit resulteren in de generatie van meer warmte tijdens rotatie, wat kan leiden tot verdamping van de vloeistoffilm, wat kan leiden tot drooglopen, ringvervorming of breuk, en de prestaties van hulpafdichtingen beïnvloeden.
Een recent ontwikkelde fabricagemethode omvat het toevoegen van zelf smerende materiaaldeeltjes aan een gesinterde siliciumcarbide matrix via de dompelmethode (siliciumcarbide dompelmethode). De vaste en roterende ringen die met deze methode zijn gemaakt, kunnen extreem hoge prestatielimieten bereiken. Specifiek kunnen mechanische afdichtingen die dit materiaal gebruiken de geabsorbeerde koppelwaarde beperken, waardoor wrijving en warmteontwikkeling aanzienlijk worden verminderd. Dit verbetert niet alleen de duurzaamheid en betrouwbaarheid van de afdichtingscomponenten, maar verlengt ook hun levensduur, vooral geschikt voor toepassingen onder extreme werkomstandigheden.
Diamant gecoate afdichtingsoppervlak
Siliciumcarbide ringen worden meestal gecoat met een dunne laag diamantcoating via chemische dampafzetting (CVD) proces om hun tribologische eigenschappen en chemische compatibiliteit te verbeteren. In warmwaterapplicaties in energiecentrales en petroleum- en petrochemische faciliteiten zijn vloeibare gassen vatbaar voor verdamping, wat leidt tot verlies van smeringsprestaties, terwijl diamantcoatings de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van afdichtingen aanzienlijk kunnen verbeteren.
In de farmaceutische industrie kunnen traditionele afdichtingen vaak niet voldoen aan strikte eisen vanwege de noodzaak om elke vorm van verontreiniging te vermijden, terwijl diamant gecoate afdichtingen uitstekende chemische inertie en zuiverheid vertonen, volledig aan deze hoge standaardvereisten voldoen.
Bovendien kunnen mechanische afdichtingen met diamant gecoate ringen korte tijd onder droge bedrijfsomstandigheden van dubbele afdichting en niet-contact afdichting werken, waardoor hun toepassingsgebied verder wordt uitgebreid.
Technische machinerie afdichtingen
Tijdens de ontwerpfase is het handhaven van consistentie in de dwarsdoorsnede van de afdichtring een grote uitdaging (zie Figuur 3). Deze consistentie is cruciaal voor het waarborgen van de rijstabiliteit van de afdichtring en het voorkomen van omkering. Dit type afdichting wordt momenteel veel gebruikt in ketelvoedingspompen, pijpleidingen, waterinjectiesystemen, meerfasenpompen en andere toepassingen met hoge druk met werkdrukken van meer dan 100 bar. Het nauwkeurig beheersen van de grootte en vorm van de afdichtring helpt niet alleen de afdichtingsprestaties te behouden, maar vermindert ook effectief slijtage en verlengt de levensduur.
Standaardisatie en uitwisselbaarheid
Mechanische afdichtingscomponenten, net als andere industriële accessoires, hebben een referentienorm die hun installatiematen specificeert, waardoor het gebruik van afdichtingen geproduceerd door andere fabrikanten voor vervanging mogelijk is. Dit verbetert niet alleen de servicekwaliteit voor eindgebruikers, maar vermindert ook de operationele kosten van de fabriek.
EN 12756 norm
De EN 12756 norm specificeert de belangrijkste installatiematen voor enkele mechanische afdichtingen en dubbele mechanische afdichtingen wanneer ze als componenten worden gebruikt, met uitzondering van flenzen en hulzen die roterende en vaste componenten bedekken. In de vroege naoorlogse periode werden de eerste batch mechanische afdichtingen vanuit de Verenigde Staten naar Europa geïntroduceerd, met de maateenheid in inches.
De DIN 24960 norm evolueerde later naar de EN 12756 norm, wat aanzienlijke voordelen opleverde voor fabrikanten die pompen produceren volgens ISO-normen, vooral voor eindgebruikers die niet langer beperkt zijn tot afdichtingsleveranciers die niet-gestandaardiseerde producten leveren. De prijs van afdichtingen en hun gerelateerde onderhoudskosten zijn daardoor aanzienlijk gedaald.
API normen
Pompen in olie- en gasapparatuur worden meestal vervaardigd volgens API 610 normen, terwijl mechanische afdichtingen meestal worden vervaardigd volgens API 682 normen. Volgens deze norm moeten afdichtingen worden geleverd in de vorm van cilindrische componenten, uitgerust met flenzen en bussen, om de installatie te vereenvoudigen en testen voor levering mogelijk te maken. De API-norm biedt aanbevelingen voor het bepalen van de grootte van mechanische afdichtingen op basis van de specificaties van de pakkingdoos van verschillende API-pompen op de markt.
Deze standaardisatie is niet alleen technisch haalbaar, maar kan ook de totale afmetingen van de componenten binnen de stopbus standaardiseren, waardoor middelgrote massaproductie mogelijk wordt en de fabricage- en magazijnbeheer kosten worden verlaagd.
Belangrijk is dat deze standaardisatie eindgebruikers in staat stelt om verschillende 'gekwalificeerde mechanische afdichtingsfabrikanten' te kiezen, waardoor problemen met uitwisselbaarheid worden geëlimineerd. Via deze methode kunnen gebruikers flexibel geschikte afdichtingen kiezen en zorgen voor een soepele vervanging, waardoor stilstand en onderhoudskosten als gevolg van niet-passende afdichtingen worden verminderd.
