วิธีลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาซีลเครื่องกล

บทความนี้กล่าวถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการบำรุงรักษาโรงงานที่มุ่งลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพของซีลกลไก โดยเน้นนวัตกรรมเช่น การซีลหน้าปลายแบบไม่สัมผัสที่มีร่อง ซึ่งลดแรงเสียดทานและการสึกหรอโดยใช้ก๊าซเฉื่อยแทนที่จะเป็นของเหลวเป็นตัวกั้น วัสดุใหม่เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีคุณสมบัติหล่อลื่นในตัวและพื้นผิวซีลที่เคลือบด้วยเพชรช่วยเพิ่มความทนทานและประสิทธิภาพ การมาตรฐานผ่าน EN 12756 และ API 682 ช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงได้และลดต้นทุน ความก้าวหน้าเหล่านี้ช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือของการซีล การประหยัดพลังงาน และอายุการใช้งาน โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันที่สำคัญเช่น น้ำมันและก๊าซ ปิโตรเคมี และเภสัชกรรม

ในการบำรุงรักษาโรงงานสามารถลดต้นทุนได้ ในการบรรลุเป้าหมายนี้ มีสองปัจจัยสำคัญ:

การพัฒนาเทคโนโลยี

ซีลกลไกประกอบด้วยส่วนประกอบที่หมุนได้ (แหวนไดนามิก) และส่วนประกอบที่คงที่ (แหวนสเตติก) แหวนเคลื่อนที่มักจะเชื่อมต่อกับส่วนที่หมุนของอุปกรณ์ (เช่น เพลา) ในขณะที่แหวนคงที่เชื่อมต่อกับส่วนที่คงที่ของเครื่อง (เช่น กล่องบรรจุของปั๊มหมุน) เพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพการซีลที่มีประสิทธิภาพ พื้นผิวซีลต้องเรียบอย่างสมบูรณ์และความหยาบของพื้นผิวต้องต่ำมาก แหวนไดนามิกและสเตติกที่จับคู่กันอย่างแม่นยำสามารถเข้ากันได้อย่างแน่นหนา ป้องกันการรั่วไหลของของเหลวในกระบวนการได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวซีลทั้งสองกำหนดสถานะสมดุลไฮดรอลิกของซีลกลไก ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ฟิล์มของเหลวที่เกิดขึ้นสามารถบรรลุสมดุลไฮดรอลิกระหว่างแรงเปิดและปิดที่เกิดจากความดันของของเหลวซีล ทำให้จำกัดการรั่วไหลทางกายภาพ มาตรฐาน API 682 ให้คำแนะนำและข้อกำหนดโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการคำนวณพารามิเตอร์ขนาดที่ถูกต้อง

อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทำงาน แหวนซีลอาจเกิดการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความเครียดทางกลและความร้อน ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของซีลกลไก การเปลี่ยนรูปนี้จะทำลายสมดุลไฮดรอลิกเดิม ทำให้ฟิล์มของเหลวระหว่างพื้นผิวซีลไม่เสถียรและนำไปสู่การรั่วไหลมากเกินไป

ดังนั้น วิศวกรจึงสำรวจวิธีการทางเทคโนโลยีใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องเพื่อลดแรงเสียดทาน โดยเฉพาะภายใต้สภาวะการใช้งานที่สำคัญ โดยเน้นพิเศษในการพัฒนาวัสดุใหม่และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีซีลใหม่ นวัตกรรมเหล่านี้ได้ปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของการซีลในกระบวนการผลิตสมัยใหม่อย่างมีนัยสำคัญ

เทคโนโลยีไม่สัมผัส - พื้นผิวหน้าปลายที่มีร่อง

ระบบซีลหน้าปลายแบบไม่สัมผัสประกอบด้วยแหวนเคลื่อนที่และแหวนคงที่ พื้นผิวหน้าของแหวนเคลื่อนที่ถูกประมวลผลเป็นพิเศษให้มีรูปร่างเรขาคณิตเฉพาะ (เช่น เกลียวหรือขั้นบันได) ซึ่งสามารถสร้างผลกระทบทางพลศาสตร์ของไหลระหว่างพื้นผิวหน้าทั้งสอง ทำให้เกิดช่องว่างขนาดเล็กที่เสถียรระหว่างพวกเขา (ดูรูปที่ 1) การออกแบบนี้ใช้หลักการยกตัวทางพลศาสตร์ของไหล ทำให้พื้นผิวซีลสามารถรักษาสถานะการซีลที่มีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง

ต่างจากซีลแบบสัมผัสแบบดั้งเดิม การออกแบบแบบไม่สัมผัสนี้ไม่พึ่งพาของเหลวเป็นตัวกั้นและระบบสนับสนุนที่เกี่ยวข้อง ในทางตรงกันข้าม มันบรรลุผลการซีลโดยการจ่ายก๊าซเฉื่อยไปยังอินเทอร์เฟซซีล การเลือกก๊าซเฉื่อยมักขึ้นอยู่กับความเสถียรทางเคมีและความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการทำงานเพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยากับสื่อที่ถูกซีล นอกจากนี้ ความดันและอัตราการไหลของก๊าซเฉื่อยสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำผ่านแผงควบคุมที่เรียบง่ายเพื่อให้มั่นใจในความเสถียรและความน่าเชื่อถือของประสิทธิภาพการซีล

เนื่องจากการลดสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและการสึกหรอของซีลอย่างมีประสิทธิภาพจนเกือบเป็นศูนย์ โซลูชันนี้จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการประหยัดพลังงานอย่างมาก โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ ปิโตรเคมี และเภสัชกรรมที่ต้องการการปล่อยศูนย์

วัสดุรุ่นใหม่

วัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีคุณสมบัติหล่อลื่นในตัวถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในซีลกลไก ในการเลือกจับคู่สำหรับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว วัสดุที่มีความแข็งต่างกันมักจะถูกใช้เพื่อลดแรงเสียดทานให้มากที่สุด การเลือกชุดแหวนซีลมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยชุดที่ใช้กันมากที่สุดคือแหวนคาร์บอนและแหวนซิลิคอนคาร์ไบด์ (ดูรูปที่ 2 ค่าสัมประสิทธิ์ PxV สำหรับชุดพื้นผิวทั่วไป) ชุดนี้ไม่เพียงแต่มีการนำความร้อนและความต้านทานเคมีที่ยอดเยี่ยม แต่ยังทนต่อการสึกหรอที่เกิดจากอนุภาคขัดในของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อแหวนกราไฟต์และแหวนซิลิคอนคาร์ไบด์เปลี่ยนรูปเนื่องจากเหตุผลต่างๆ พวกมันแสดงความสามารถในการปรับตัวเข้ากันได้ดีเยี่ยม ทำให้รักษาประสิทธิภาพการซีลได้ดี อย่างไรก็ตาม ในสถานการณ์ที่ความดันการทำงานสูงมากหรือของเหลวมีสิ่งสกปรกจำนวนมาก ต้องใช้แหวนที่มีความแข็งสูงสองวงเพื่อให้มั่นใจในผลการซีล แม้ว่าวัสดุเหล่านี้จะมีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูง แต่ก็อาจทำให้เกิดความร้อนมากขึ้นในระหว่างการหมุน ซึ่งอาจทำให้ฟิล์มของเหลวระเหย นำไปสู่การทำงานแบบแห้ง การเปลี่ยนรูปหรือการแตกของแหวน และส่งผลต่อประสิทธิภาพของปะเก็นเสริม

กระบวนการผลิตที่พัฒนาขึ้นใหม่เมื่อเร็ว ๆ นี้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มอนุภาควัสดุหล่อลื่นตัวเองลงในเมทริกซ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เผาผ่านวิธีการแช่ (วิธีการแช่ซิลิคอนคาร์ไบด์) แหวนคงที่และหมุนที่ทำโดยใช้วิธีนี้สามารถบรรลุขีดจำกัดประสิทธิภาพสูงสุดได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ซีลกลไกที่ใช้วัสดุนี้สามารถจำกัดค่าทอร์กที่ดูดซับได้ ลดแรงเสียดทานและการเกิดความร้อนได้อย่างมาก สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความทนทานและความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบซีล แต่ยังยืดอายุการใช้งาน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรง

พื้นผิวซีลเคลือบเพชร

แหวนซิลิคอนคาร์ไบด์มักจะเคลือบด้วยชั้นบางของการเคลือบเพชรผ่านกระบวนการสะสมไอเคมี (CVD) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางไตรโบโลยีและความเข้ากันได้ทางเคมี ในการใช้งานน้ำร้อนในโรงไฟฟ้าและโรงงานปิโตรเลียมและปิโตรเคมี ก๊าซเหลวมีแนวโน้มที่จะระเหย ทำให้ประสิทธิภาพการหล่อลื่นลดลง ในขณะที่การเคลือบเพชรสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนได้อย่างมาก

ในอุตสาหกรรมยา ซีลแบบดั้งเดิมมักไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดได้เนื่องจากความจำเป็นในการหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนใด ๆ ในขณะที่ซีลเคลือบเพชรแสดงความเฉื่อยทางเคมีและความบริสุทธิ์ที่ยอดเยี่ยม ตอบสนองความต้องการมาตรฐานสูงเหล่านี้ได้อย่างเต็มที่

นอกจากนี้ ซีลกลไกที่ใช้แหวนเคลือบเพชรสามารถทนต่อการทำงานชั่วคราวภายใต้สภาวะแห้งของการซีลคู่และการซีลที่ไม่สัมผัส ขยายขอบเขตการใช้งานได้มากขึ้น

ซีลเครื่องจักรกลวิศวกรรม

ในระยะการออกแบบ การรักษาความสม่ำเสมอในพื้นที่หน้าตัดของแหวนซีลเป็นความท้าทายสำคัญ (ดูรูปที่ 3) ความสม่ำเสมอนี้มีความสำคัญต่อการรับประกันความเสถียรของการขับเคลื่อนของแหวนซีลและป้องกันการกลับด้าน ซีลประเภทนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในปั๊มป้อนหม้อไอน้ำ ท่อ ระบบฉีดน้ำ ปั๊มหลายเฟส และการใช้งานแรงดันสูงอื่น ๆ ที่มีแรงดันการทำงานเกิน 100 บาร์ การควบคุมขนาดและรูปร่างของแหวนซีลอย่างแม่นยำไม่เพียงแต่ช่วยรักษาประสิทธิภาพการซีล แต่ยังลดการสึกหรอและยืดอายุการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การมาตรฐานและการเปลี่ยนแปลง

ส่วนประกอบของซีลกลไก เช่นเดียวกับอุปกรณ์เสริมอุตสาหกรรมอื่น ๆ มีมาตรฐานอ้างอิงที่ระบุขนาดการติดตั้ง ทำให้สามารถใช้ซีลที่ผลิตโดยผู้ผลิตรายอื่นสำหรับการเปลี่ยนได้ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ปรับปรุงคุณภาพการบริการสำหรับผู้ใช้ปลายทาง แต่ยังลดต้นทุนการดำเนินงานของโรงงานด้วย

มาตรฐาน EN 12756

มาตรฐาน EN 12756 ระบุขนาดการติดตั้งหลักสำหรับซีลกลไกเดี่ยวและซีลกลไกคู่เมื่อใช้เป็นส่วนประกอบ ยกเว้นหน้าแปลนและปลอกที่ครอบคลุมส่วนประกอบที่หมุนและคงที่ ในช่วงหลังสงครามครั้งแรก ซีลกลไกชุดแรกถูกนำเข้าจากสหรัฐอเมริกามายังยุโรป โดยหน่วยวัดเป็นนิ้ว

มาตรฐาน DIN 24960 ต่อมาได้พัฒนาเป็นมาตรฐาน EN 12756 นำประโยชน์ที่สำคัญมาสู่ผู้ผลิตที่ผลิตปั๊มตามมาตรฐาน ISO โดยเฉพาะสำหรับผู้ใช้ปลายทางที่ไม่ถูกจำกัดอีกต่อไปกับผู้จัดหาซีลที่ให้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นมาตรฐาน ราคาของซีลและต้นทุนการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องจึงลดลงอย่างมาก

มาตรฐาน API

ปั๊มในอุปกรณ์น้ำมันและก๊าซมักจะผลิตตามมาตรฐาน API 610 ในขณะที่ซีลกลไกมักจะผลิตตามมาตรฐาน API 682 ตามมาตรฐานนี้ ซีลต้องถูกจัดให้เป็นรูปทรงกระบอก พร้อมด้วยหน้าแปลนและบูช เพื่อให้ง่ายต่อการติดตั้งและอนุญาตให้ทดสอบก่อนการส่งมอบ มาตรฐาน API ให้คำแนะนำในการกำหนดขนาดของซีลกลไกตามข้อกำหนดของกล่องบรรจุของปั๊ม API ต่าง ๆ ในตลาด

การมาตรฐานนี้ไม่เพียงแต่เป็นไปได้ทางเทคนิค แต่ยังสามารถมาตรฐานขนาดโดยรวมของส่วนประกอบภายในกล่องบรรจุ ทำให้สามารถผลิตในระดับกลางและลดต้นทุนการผลิตและการจัดการคลังสินค้า

ที่สำคัญ การมาตรฐานนี้ช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางสามารถเลือก 'ผู้ผลิตซีลกลไกที่มีคุณสมบัติ' ต่าง ๆ ได้ จึงขจัดปัญหาการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถทำได้ ด้วยวิธีนี้ ผู้ใช้สามารถเลือกซีลที่เหมาะสมได้อย่างยืดหยุ่นและรับประกันการเปลี่ยนที่ราบรื่น ลดเวลาหยุดทำงานและต้นทุนการบำรุงรักษาที่เกิดจากซีลที่ไม่ตรงกัน