Flüssigkeitskompatibilität bei der Auswahl von Gleitringdichtungen

Bei der Auswahl von Gleitringdichtungen muss unbedingt berücksichtigt werden, wie die Flüssigkeit mit den Dichtungsmaterialien interagiert, da dies Leistung und Lebensdauer beeinflusst.

Durch die Bewertung von Faktoren wie Viskosität, chemischer Zusammensetzung, Schmiersystemen und Kontaminationsproblemen können Sie fundierte Entscheidungen treffen, die die Systemzuverlässigkeit erhöhen.

Fluideigenschaften

Viskosität

Die Viskosität ist ein Maß für den Strömungswiderstand einer Flüssigkeit und hat großen Einfluss auf die Leistung und Lebensdauer der Dichtung. Bei der Beurteilung der Flüssigkeitskompatibilität müssen sowohl die dynamische als auch die kinematische Viskosität berücksichtigt werden.

Flüssigkeiten mit hoher Viskosität stellen eine Herausforderung für Gleitringdichtungen dar, da sie aufgrund der Scherkräfte der Flüssigkeit die Wärmeentwicklung erhöhen. Dies kann zu Verformungen der Dichtungsflächen oder übermäßigem Verschleiß führen. Diese Probleme können durch geeignete Wärmeableitungsmechanismen und härtere Dichtungsflächenmaterialien behoben werden. Andererseits können Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität möglicherweise keine ausreichende Schmierung zwischen den Dichtungsflächen gewährleisten, was zu höherer Reibung und Verschleiß führt.

Die Viskosität beeinflusst auch die Fähigkeit der Dichtung, einen stabilen Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtungsflächen aufrechtzuerhalten. Um die Leistung für bestimmte Viskositätsbereiche zu optimieren, kann es erforderlich sein, die Dichtungsflächentopographie oder das Ausgleichsverhältnis anzupassen.

Reinheit

Hochreine Flüssigkeiten, wie sie in der Pharma- oder Halbleiterindustrie verwendet werden, erfordern spezielle Dichtungen. Diese Dichtungen müssen ihre Integrität bewahren, ohne den Prozess zu verunreinigen. Umgekehrt erfordern Flüssigkeiten mit höheren Verunreinigungsgraden robuste Dichtungen mit verbesserten Filter- oder Spülsystemen, um Schäden zu vermeiden.

Beurteilung des Vorhandenseins von Schleifpartikeln, chemischen Verunreinigungen und gelösten Feststoffen in der Flüssigkeit. Diese Verunreinigungen können sich auf die Dichtungsflächenmaterialien, Sekundärdichtungen und die Metallurgie der Dichtungskomponenten auswirken. Schleifpartikel können beispielsweise zu übermäßigem Verschleiß der Dichtungsflächen führen, während bestimmte chemische Verunreinigungen Elastomerkomponenten beschädigen können.

Volatilität

Beim Umgang mit flüchtigen Flüssigkeiten muss deren Neigung zur Verdampfung unter normalen Betriebstemperaturen und -drücken sorgfältig beurteilt werden.

Bei leicht flüchtigen Flüssigkeiten kommt es zu Verdampfung, d. h. die Flüssigkeit verwandelt sich an den Dichtungsflächen in Dampf, was zu Trockenlauf und erhöhtem Verschleiß führen kann.

Bei weniger flüchtigen Flüssigkeiten kann die Dichtungsauswahl flexibler sein. Lokales Sieden an den Dichtungsflächen, das durch Reibungswärme verursacht wird, darf jedoch nicht übersehen werden. Dies kann dennoch zu einer Instabilität der Dichtung und einer verkürzten Lebensdauer führen.

Toxizität

Bei hochgiftigen Flüssigkeiten können doppelte Gleitringdichtungen oder hermetisch abgedichtete Pumpen das Leckagerisiko minimieren. Stellen Sie sicher, dass die Dichtungsmaterialien gegenüber der giftigen Flüssigkeit chemisch beständig sind, um eine Zersetzung und mögliche Leckagen zu verhindern.

Schmiersystem

Bei der Auswahl einer Gleitringdichtung müssen Sie die Schmierung zwischen den Dichtungsflächen berücksichtigen. Diese kann in drei Haupttypen unterteilt werden: Grenzschmierung, Mischschmierung und Vollschmierung.

Grenze

Grenzschmierung in Gleitringdichtungen tritt auf, wenn die Dicke des Flüssigkeitsfilms abnimmt, wodurch Unebenheiten auf gegenüberliegenden Oberflächen in Kontakt kommen. Dieser Zustand tritt typischerweise beim Anfahren, Herunterfahren oder bei langsamen Geschwindigkeiten auf. Bei Grenzschmierung wird die Last überwiegend von den Oberflächenunebenheiten und nicht vom Flüssigkeitsfilm getragen.

Bei der Grenzschmierung ist die Wärmeableitung über den Flüssigkeitsfilm unzureichend. Eine ausreichende Wärmeabfuhr muss durch zusätzliche Maßnahmen wie Spül- oder Kühlsysteme sichergestellt werden. Der Einsatz spezieller Grenzschmierstoffe oder Additive, die Schutzfilme auf den Dichtungsoberflächen bilden, kann den Verschleiß erheblich verringern und die Lebensdauer der Dichtung verlängern.

Gemischt

Bei der Mischschmierung liegen sowohl Grenzflächen- als auch hydrodynamische Schmierung vor. In diesem Übergangszustand wird die Last teilweise durch den Flüssigkeitsdruck und teilweise durch Rauheitskontakt getragen.

Mischschmierung tritt typischerweise beim Anfahren, Herunterfahren oder bei plötzlichen Änderungen der Betriebsbedingungen auf. Sie ist durch intermittierenden Kontakt zwischen den Dichtungsflächen gekennzeichnet, was im Vergleich zur vollständigen Flüssigkeitsfilmschmierung zu erhöhtem Verschleiß führt.

Das Verhältnis von Flüssigkeitsfilm zu Grenzschmierung kann in gemischten Systemen stark variieren. Konzipieren Sie Ihre Dichtung so, dass sie diese Schwankungen verkraftet und reibungslose Übergänge zwischen Schmierzuständen gewährleistet, ohne Leistung oder Lebensdauer zu beeinträchtigen.

Vollflüssiger Film

Die höchste Leistungsfähigkeit einer Gleitringdichtung wird durch eine vollständige Flüssigkeitsfilmschmierung erreicht, wenn die Dichtungsflächen vollständig durch eine dünne Flüssigkeitsschicht voneinander getrennt sind. Diese Trennung ist darauf zurückzuführen, dass der von der Flüssigkeit erzeugte hydrodynamische Druck ausreicht, um der Schließkraft entgegenzuwirken. In diesem Modus wird der Verschleiß nahezu eliminiert und die Reibung minimiert, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Dichtung verbessert.

Kontamination

Schleifpartikel

Im Zusammenhang mit abrasiven Partikeln in Gleitringdichtungen treten drei große Probleme auf.

Erstens können diese Partikel übermäßigen Verschleiß an den Dichtungsflächen verursachen, was zu einem vorzeitigen Dichtungsausfall führt. Zweitens können sie sich zwischen den Dichtungsflächen ansammeln, wodurch eine ordnungsgemäße Abdichtung verhindert und Leckagen verursacht werden. Drittens können abrasive Partikel sekundäre Dichtungselemente wie O-Ringe oder Dichtungsscheiben beschädigen.

Feststoffe

Die Größe fester Schadstoffpartikel kann von mikroskopisch klein bis sichtbar reichen und sie können aus externen Quellen stammen oder sich im System selbst bilden.

Kristallisation

Zur Kristallisation kommt es, wenn gelöste Feststoffe aus der Flüssigkeit ausscheiden und feste Kristalle bilden, die sich auf Dichtungsflächen und anderen Komponenten ansammeln.

Kristallisation kann zu erhöhtem Verschleiß der Dichtungsflächen führen und so zu einem vorzeitigen Dichtungsausfall führen. Kristalle können sich auch in kleinen Zwischenräumen ansammeln, die Bewegung behindern und möglicherweise zu einem Feststecken der Dichtung führen. In extremen Fällen kann Kristallisation Dichtungsspülöffnungen oder andere kritische Durchgänge vollständig verstopfen.

Chemische Verträglichkeit

Reaktionen zwischen Flüssigkeit und Dichtungsmaterialien

Mögliche Wechselwirkungen zwischen der Prozessflüssigkeit und den Dichtungskomponenten müssen genau untersucht werden, da diese zu Qualitätsverlust, Korrosion oder sogar einem vollständigen Dichtungsversagen führen können.

Bewertung der chemischen Zusammensetzung, Temperatur und Konzentration der Flüssigkeit. Fluorelastomere wie Viton® sind beispielsweise beständig gegen viele Öle und Lösungsmittel, können sich jedoch bei Kontakt mit bestimmten Ketonen oder Aminen zersetzen.

Metallkomponenten sind auch anfällig für chemische Angriffe. Während rostfreier Stahl für seine Korrosionsbeständigkeit bekannt ist, kann er gegenüber bestimmten Chemikalien oder Konzentrationen anfällig sein. Titan- und Hastelloy®-Legierungen bieten eine verbesserte Beständigkeit gegen aggressivere Flüssigkeiten.

Auswirkungen auf Bindemittel, Füllstoffe

Bindemittel, normalerweise Polymere oder Harze, sorgen für den strukturellen Zusammenhalt des Verbundwerkstoffs, während Füllstoffe Eigenschaften wie Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit verbessern.

Bestimmte Flüssigkeiten können sich negativ auf das Bindemittel auswirken und es erweichen, aufquellen oder auflösen. Solche Wechselwirkungen führen zu einer Verschlechterung der Dichtung, einer Beeinträchtigung der strukturellen Integrität und einem möglichen Dichtungsversagen.

Füllstoffe wie Kohlenstoff, Graphit oder Keramikpartikel reagieren ebenfalls empfindlich auf Flüssigkeiten. Einige Flüssigkeiten können dazu führen, dass Füllstoffe austreten, was die Wirksamkeit der Dichtung mindert. In anderen Fällen können Flüssigkeiten mit dem Füllstoff reagieren und dessen Eigenschaften verändern oder eine Ausdehnung verursachen.

Richtlinien zur Auswahl des Dichtungsflächenmaterials

Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität

Bei der Auswahl von Dichtungsflächenmaterialien für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität müssen Sie Kombinationen aus weichen und harten Flächen für Rand- und Mischschmierungsbedingungen berücksichtigen. Sie werden feststellen, dass weiche Oberflächenmaterialien wie Kohlenstoff oft gut mit härteren Gegenflächen wie Siliziumkarbid oder Wolframkarbid harmonieren. Diese Kombination kann eine bessere Anpassungsfähigkeit und Verschleißfestigkeit bei anspruchsvollen Anwendungen mit niedriger Viskosität bieten, bei denen die vollständige Flüssigkeitsfilmschmierung möglicherweise nicht immer aufrechterhalten werden kann.

Flüssigkeiten mit hoher Viskosität

Bei der Auswahl von Dichtungsflächenmaterialien für Flüssigkeiten mit hoher Viskosität sollten Sie Kombinationen aus harten und harten Flächen bevorzugen. Dieser Ansatz trägt dazu bei, die hohen Scherkräfte zu minimieren, die zwischen den Dichtungsflächen auftreten können. Durch die Wahl von Materialien wie Siliziumkarbid oder Wolframkarbid für beide Flächen verringern Sie das Risiko übermäßigen Verschleißes und erhalten die Dichtungsintegrität in viskosen Umgebungen.

Vorhandensein von harten Schleifpartikeln

Bei Flüssigkeiten mit harten Schleifpartikeln müssen Sie Dichtungsflächenmaterialien mit höherer Härte bevorzugen. Sie sollten Optionen wie Wolframkarbid oder Siliziumkarbid in Betracht ziehen, die eine höhere Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß bieten.

Flüssigkeiten, die zur Kristallisation neigen

Beim Umgang mit Flüssigkeiten, die zur Kristallisation neigen, müssen Sie spezielle Dichtungskonstruktionen in Betracht ziehen. Entscheiden Sie sich für Konfigurationen, die die Prozessflüssigkeit am Außendurchmesser der Dichtung halten und so das Risiko einer Kristallbildung zwischen den Flächen verringern. Sie sollten auch harte Materialien mit speziellen Merkmalen wählen, die die Kristallbildung minimieren und die Dichtungsintegrität aufrechterhalten.

FAQs

Wie oft sollten Gleitringdichtungen auf Flüssigkeitsverträglichkeit überprüft werden?

Gleitringdichtungen sollten mindestens vierteljährlich, während der Routinewartung und immer dann, wenn sich die Flüssigkeit oder die Betriebsbedingungen ändern, auf Flüssigkeitsverträglichkeit überprüft werden.

Kann sich die Flüssigkeitskompatibilität im Laufe der Zeit aufgrund von Temperaturschwankungen ändern?

Ja, die Flüssigkeitskompatibilität kann sich im Laufe der Zeit aufgrund von Temperaturschwankungen ändern. Temperaturschwankungen können die Flüssigkeitseigenschaften verändern und chemische Reaktionen oder physikalische Veränderungen verursachen, die sich auf die Wechselwirkung mit Dichtungsmaterialien auswirken.

Gibt es spezielle Flüssigkeitskompatibilitätstests für verschiedene Dichtungstypen?

Ja, spezifische Tests für verschiedene Dichtungstypen umfassen Eintauchen, Volumenquellung und Härteänderung.