В этой статье обсуждаются технологические достижения в области технического обслуживания растений, направленные на снижение затрат и повышение эффективности механических уплотнений. Она подчеркивает инновации, такие как бесконтактное механическое торцевое уплотнение с канавками, которое снижает трение и износ, используя инертный газ вместо жидкостных барьеров. Новые материалы, такие как карбид кремния с самосмазывающимися свойствами и алмазные покрытия уплотнительных поверхностей, повышают долговечность и производительность. Стандартизация через EN 12756 и API 682 обеспечивает взаимозаменяемость и снижение затрат. Эти достижения значительно улучшают надежность уплотнений, экономию энергии и срок службы, особенно в критических приложениях, таких как нефтегазовая, нефтехимическая и фармацевтическая отрасли.
В техническом обслуживании растений можно снизить затраты. Для достижения этого есть два важных фактора:
Технологическое развитие
Механическое уплотнение состоит из вращающегося компонента (динамическое кольцо) и фиксированного компонента (статическое кольцо). Подвижное кольцо обычно соединено с вращающейся частью оборудования (например, с валом), в то время как неподвижное кольцо соединено с фиксированной частью машины (например, с коробкой набивки ротационного насоса). Для обеспечения эффективной уплотнительной производительности уплотнительная поверхность должна быть абсолютно плоской, а шероховатость поверхности должна быть чрезвычайно низкой. Точно подобранные динамические и статические кольца могут плотно прилегать, эффективно предотвращая утечку технологических жидкостей.
Взаимодействие между двумя уплотнительными поверхностями определяет гидравлическое равновесие механического уплотнения. При нормальных рабочих условиях образованная жидкая пленка может достигать гидравлического равновесия между открывающими и закрывающими силами, создаваемыми давлением уплотнительной жидкости, тем самым ограничивая физическую утечку. Стандарт API 682 предоставляет подробные рекомендации и спецификации по расчету правильных размерных параметров.
Однако во время работы уплотнительное кольцо может деформироваться из-за механических и тепловых напряжений, что может повлиять на производительность механического уплотнения. Эта деформация нарушит первоначальное гидравлическое равновесие, делая жидкую пленку между уплотнительными поверхностями нестабильной и приводя к чрезмерной утечке.
Поэтому инженеры постоянно исследуют новые технологические методы для снижения трения, особенно в условиях критических приложений, с особым акцентом на разработку новых материалов и применение новых технологий уплотнения. Эти инновации значительно улучшили эффективность и надежность уплотнений в современных производственных процессах.
Бесконтактная технология - скользящая торцевая поверхность с канавками
Бесконтактная система механического торцевого уплотнения состоит из подвижного кольца и неподвижного кольца. Торцевая поверхность подвижного кольца специально обработана для придания ей определенной геометрической формы (например, спиральной или ступенчатой), что может создавать гидродинамические эффекты между двумя торцевыми поверхностями, тем самым формируя стабильный малый зазор между ними (см. Рисунок 1). Этот дизайн использует принцип гидродинамического подъема, позволяя уплотнительной поверхности поддерживать эффективное состояние уплотнения без прямого контакта.
В отличие от традиционных контактных уплотнений, этот бесконтактный дизайн не полагается на жидкостные барьеры и их связанные системы поддержки. Напротив, он достигает уплотнительного эффекта путем подачи инертного газа на уплотнительный интерфейс. Выбор инертных газов обычно основывается на их химической стабильности и адаптивности к рабочей среде, чтобы избежать реакций с уплотняемой средой. Кроме того, давление и скорость потока инертного газа могут быть точно контролируемы через простую панель управления для обеспечения стабильности и надежности уплотнительной производительности.
Благодаря эффективному снижению коэффициента трения и износа уплотнений до почти нуля, это решение очень подходит для приложений, требующих значительной экономии энергии, особенно в нефтегазовой, нефтехимической и фармацевтической отраслях, где требуется нулевой выброс.
Материалы нового поколения
Материалы из карбида кремния с самосмазывающимися свойствами широко используются в механических уплотнениях. При выборе сочетания для подвижных частей обычно используются материалы разной твердости, чтобы минимизировать трение насколько это возможно. Выбор комбинации уплотнительных колец особенно важен, среди которых наиболее часто используемая комбинация - это углеродное кольцо и кольцо из карбида кремния (см. Рисунок 2, коэффициент давления x скорости цикла PxV для общих поверхностных комбинаций). Эта комбинация не только обладает отличной теплопроводностью и химической стойкостью, но и эффективно противостоит износу, вызванному абразивными частицами в жидкости.
Когда графитовые кольца и кольца из карбида кремния деформируются по различным причинам, они демонстрируют отличную взаимную адаптивность, тем самым поддерживая хорошую уплотнительную производительность. Однако в ситуациях, когда рабочее давление очень высокое или жидкость содержит большое количество грязи, необходимо использовать два кольца с высокой твердостью для обеспечения уплотнительного эффекта. Хотя эти материалы имеют высокий коэффициент трения, это может привести к образованию большего количества тепла во время вращения, что может вызвать испарение жидкой пленки, приводя к сухому ходу, деформации или разрушению кольца и влияя на производительность вспомогательных прокладок.
Недавно разработанный производственный процесс включает добавление самосмазывающихся частиц материала в спеченную матрицу карбида кремния методом погружения (метод погружения карбида кремния). Фиксированные и вращающиеся кольца, изготовленные с использованием этого метода, могут достигать чрезвычайно высоких пределов производительности. В частности, механические уплотнения, использующие этот материал, могут ограничивать значение поглощаемого крутящего момента, значительно снижая трение и тепловыделение. Это не только улучшает долговечность и надежность уплотнительных компонентов, но и продлевает их срок службы, особенно подходит для применения в экстремальных условиях работы.
Алмазное покрытие уплотнительной поверхности
Кольца из карбида кремния обычно покрываются тонким слоем алмазного покрытия с помощью процесса химического осаждения из паровой фазы (CVD), чтобы улучшить их трибологические свойства и химическую совместимость. В приложениях с горячей водой на электростанциях и в нефтяных и нефтехимических объектах жидкие газы склонны к испарению, что приводит к потере смазочных свойств, в то время как алмазные покрытия могут значительно улучшить износостойкость и коррозионную стойкость уплотнений.
В фармацевтической промышленности традиционные уплотнения часто не могут соответствовать строгим требованиям из-за необходимости избегать любого загрязнения, в то время как уплотнения с алмазным покрытием демонстрируют отличную химическую инертность и чистоту, полностью соответствуя этим высоким стандартам.
Кроме того, механические уплотнения с использованием колец с алмазным покрытием могут выдерживать кратковременную работу в условиях сухого режима двойного уплотнения и бесконтактного уплотнения, что значительно расширяет их область применения.
Уплотнения для инженерной техники
На этапе проектирования поддержание согласованности в поперечном сечении уплотнительного кольца является основной задачей (см. Рисунок 3). Эта согласованность имеет решающее значение для обеспечения стабильности привода уплотнительного кольца и предотвращения его разворота. Этот тип уплотнения в настоящее время широко используется в насосах для подачи котловой воды, трубопроводах, системах закачки воды, многофазных насосах и других высоконапорных приложениях с рабочим давлением более 100 бар. Точное управление размером и формой уплотнительного кольца не только помогает поддерживать уплотнительные характеристики, но и эффективно снижает износ и продлевает срок службы.
Стандартизация и взаимозаменяемость
Компоненты механических уплотнений, как и другие промышленные аксессуары, имеют эталонный стандарт, который определяет их установочные размеры, что позволяет использовать уплотнения, произведенные другими производителями, для замены. Это не только улучшает качество обслуживания для конечных пользователей, но и снижает эксплуатационные расходы завода.
Стандарт EN 12756
Стандарт EN 12756 определяет основные установочные размеры для одиночных механических уплотнений и двойных механических уплотнений, когда они используются в качестве компонентов, исключая фланцы и втулки, покрывающие вращающиеся и фиксированные компоненты. В ранний послевоенный период первая партия механических уплотнений была введена из Соединенных Штатов в Европу, с единицей измерения в дюймах.
Стандарт DIN 24960 позже эволюционировал в стандарт EN 12756, что принесло значительные преимущества производителям, которые производят насосы в соответствии со стандартами ISO, особенно для конечных пользователей, которые больше не ограничены поставщиками уплотнений, предоставляющими нестандартизированные продукты. Цена на уплотнения и связанные с ними затраты на обслуживание значительно снизились.
Стандарты API
Насосы в оборудовании для нефтегазовой промышленности обычно изготавливаются в соответствии со стандартами API 610, в то время как механические уплотнения обычно изготавливаются в соответствии со стандартами API 682. Согласно этому стандарту, уплотнения должны предоставляться в виде цилиндрических компонентов, оснащенных фланцами и втулками, чтобы упростить установку и позволить проводить испытания перед поставкой. Стандарт API предоставляет рекомендации по определению размера механических уплотнений на основе спецификаций сальниковых уплотнений различных насосов API на рынке.
Эта стандартизация не только технически осуществима, но и может стандартизировать общие размеры компонентов внутри сальникового уплотнения, что позволяет достичь средне-масштабного массового производства и снизить затраты на производство и управление складом.
Важно, что эта стандартизация позволяет конечным пользователям выбирать различных 'квалифицированных производителей механических уплотнений', устраняя тем самым проблемы взаимозаменяемости. Благодаря этому методу пользователи могут гибко выбирать подходящие уплотнения и обеспечивать их плавную замену, сокращая время простоя и затраты на обслуживание, вызванные несоответствующими уплотнениями.
