So wählen Sie Gleitringdichtungen für hohe Temperaturen aus

Was ist eine Gleitringdichtung für hohe Temperaturen?

Eine Gleitringdichtung für hohe Temperaturen ist eine kritische Komponente in rotierenden Geräten, die unter extremen Hitzebedingungen betrieben werden. Diese Spezialdichtungen sind so konzipiert, dass sie erhöhten Temperaturen standhalten und dabei ihre Dichtwirkung beibehalten, Leckagen verhindern und einen zuverlässigen Betrieb gewährleisten. Gleitringdichtungen für hohe Temperaturen werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Öl und Gas, chemische Verarbeitung, Stromerzeugung und Luft- und Raumfahrt.

Hochtemperatur-Gleitringdichtungen sind für die besonderen Herausforderungen in Umgebungen mit hohen Temperaturen ausgelegt. Sie müssen mit Wärmeausdehnung, Materialabbau, Flüssigkeitsverdampfung und möglicher Verkokung oder Verschmutzung der Dichtungskomponenten fertig werden. Um diese Probleme zu lösen, verfügen Hochtemperaturdichtungen über Merkmale wie ausgeglichene Dichtungsflächen, schwimmende Komponenten und fortschrittliche Materialkombinationen, die extremer Hitze standhalten und ihre Dimensionsstabilität beibehalten können.

Herausforderungen für Gleitringdichtungen durch Hochtemperaturumgebungen

Materialabbau

Erhöhte Temperaturen können dazu führen, dass Dichtungsmaterialien zerfallen, ihre mechanischen Eigenschaften verlieren und vorzeitig versagen. Polymere, Elastomere und sogar Metalle können bei hohen Temperaturen weich werden, verspröden oder chemische Veränderungen erfahren, was die Dichtungsleistung beeinträchtigt.

Thermische Ausdehnung und mechanische Verformung

Temperaturschwankungen und -gradienten können zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen Dichtungskomponenten und angrenzenden Geräten führen. Dies kann zu mechanischen Verformungen, Verlust des Dichtungskontakts und Leckagepfaden führen.

Flüssigkeitsverdampfung und Trockenlauf

Hochtemperaturflüssigkeiten neigen zur Verdampfung, insbesondere an der Dichtungsfläche. Verdampfung kann zu Trockenlauf, erhöhtem Verschleiß und Dichtungsversagen führen. Die Aufrechterhaltung eines stabilen Flüssigkeitsfilms ist für die Dichtungsschmierung und Wärmeableitung von entscheidender Bedeutung.

Verkokung und Verschmutzung von Dichtungskomponenten

Bestimmte Hochtemperaturflüssigkeiten wie Kohlenwasserstoffe können verkoken oder Ablagerungen auf Dichtungsflächen und -komponenten hinterlassen. Verkokung und Verschmutzung zerstören die Dichtungsschnittstelle, verursachen abrasiven Verschleiß und beeinträchtigen die Dichtungsleistung.

Wichtige Faktoren bei der Auswahl von Gleitringdichtungen für den Hochtemperatureinsatz

Eigenschaften der Prozessflüssigkeit

Die Eigenschaften der Prozessflüssigkeit spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der geeigneten Gleitringdichtung für den Hochtemperaturbetrieb. Zu den wichtigsten Überlegungen gehören die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeit, ihre Viskosität und das Potenzial für Phasenänderungen bei erhöhten Temperaturen.

Beispielsweise können Flüssigkeiten mit hohem Dampfdruck spezielle Dichtungskonstruktionen erfordern, um Verdampfung zu verhindern und Flüssigkeit an der Dichtungsschnittstelle zu halten. Darüber hinaus können korrosive oder aggressive Flüssigkeiten den Einsatz chemisch beständiger Dichtungsflächenmaterialien und Elastomere erforderlich machen, um vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

Temperaturgrenzen von Dichtungsmaterialien

In Umgebungen mit hohen Temperaturen können Dichtungsmaterialien an ihre Grenzen stoßen. Daher ist es wichtig, Komponenten auszuwählen, die den erwarteten Betriebsbedingungen standhalten. Die maximale Temperaturbeständigkeit von Dichtungsflächenmaterialien wie Siliziumkarbid, Wolframkarbid und Kohlenstoffgraphit muss sorgfältig geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie ihre Integrität und tribologischen Eigenschaften bei der gewünschten Betriebstemperatur beibehalten.

Ebenso sollten in Sekundärdichtungen verwendete Elastomere wie FKM, FFKM und PTFE auf Grundlage ihrer Temperaturstabilität und ihrer Fähigkeit ausgewählt werden, ihre Dichtungseigenschaften unter Hochtemperaturbedingungen beizubehalten.

Druckfähigkeiten von Dichtungsdesigns

Die Druckstufe einer Gleitringdichtung ist ein weiterer kritischer Faktor bei Hochtemperaturanwendungen. Dichtungskonstruktionen müssen den erwarteten Betriebsdrücken standhalten können, ohne die Integrität der Dichtungsschnittstelle zu beeinträchtigen oder übermäßige Leckagen zuzulassen.

Back-to-back- und Tandem-Dichtungsanordnungen werden häufig bei Hochdruck- und Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, um zusätzliche Dichtungsredundanz zu bieten und die Druckleistung zu erhöhen. Die Auswahl von Dichtungsflächenmaterialien mit hoher Druckfestigkeit und die Verwendung robuster Dichtungsgehäusekonstruktionen können die Druckleistung von Gleitringdichtungen in anspruchsvollen Hochtemperaturumgebungen weiter verbessern.

Wellendrehzahl und Gerätedynamik

Die Drehzahl der Anlage und die damit verbundene Wellendynamik können die Leistung von Gleitringdichtungen bei Hochtemperaturanwendungen erheblich beeinflussen. Hohe Wellengeschwindigkeiten können durch Reibung erhöhte Hitze an der Dichtungsschnittstelle erzeugen, was zu beschleunigtem Verschleiß und potenzieller thermischer Verformung der Dichtungskomponenten führt.

Um diese Probleme zu mildern, können Dichtungskonstruktionen mit verbesserten Schmiereigenschaften wie Spiralnuten oder lasergravierten Oberflächenmustern eingesetzt werden, um die Wärmeableitung zu verbessern und einen stabilen Flüssigkeitsfilm zwischen den Dichtungsflächen aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann die Verwendung flexibler Sekundärdichtungen aus Graphit oder Grafoil Wellenfehlstellungen ausgleichen und die Auswirkungen der Gerätedynamik auf die Dichtungsleistung bei Hochtemperaturbetrieb minimieren.

Gleitringdichtungsarten und -anordnungen für Hochtemperaturanwendungen

Back-to-Back-Anordnung

Bei einer Back-to-Back-Dichtungsanordnung sind zwei Gleitringdichtungen mit ihren Rückplatten einander zugewandt montiert. Diese Konfiguration ermöglicht die Zirkulation eines Kühl- oder Sperrfluids zwischen den Dichtungen, wodurch die Wärmeableitung effektiv gesteuert wird.

Back-to-back-Dichtungen sind ideal für Hochtemperaturanwendungen, bei denen die Prozessflüssigkeit besonders heiß ist oder die thermische Ausdehnung von Komponenten ein Problem darstellt. Die Sperrflüssigkeit trägt dazu bei, eine stabile Umgebung für die Dichtungsflächen aufrechtzuerhalten, Materialabbau zu verhindern und optimale Leistung sicherzustellen.

Persönliche Vereinbarung

Bei Face-to-Face-Dichtungsanordnungen sind zwei Gleitringdichtungen mit zueinander ausgerichteten Dichtungsflächen montiert. Diese Anordnung ist bei Hochtemperaturanwendungen von Vorteil, bei denen das Prozessfluid sauber ist und keine Gefahr einer Verstopfung oder Verschmutzung der Dichtungskomponenten besteht.

Face-to-Face-Dichtungen ermöglichen eine effiziente Wärmeableitung über die Dichtungsflächen, da das Kühlfluid direkt mit beiden Flächen in Kontakt kommen kann. Diese Anordnung wird häufig in Verbindung mit einem geeigneten Rohrleitungsplan verwendet, um eine ordnungsgemäße Kühlung und Schmierung der Dichtungsflächen sicherzustellen.

Tandem-Anordnung

Tandemdichtungen bestehen aus zwei in Reihe montierten Gleitringdichtungen mit einer Pufferflüssigkeit dazwischen. Diese Konfiguration bietet zusätzlichen Schutz gegen Leckagen und wird häufig bei Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, bei denen die Prozessflüssigkeit gefährlich oder umweltempfindlich ist.

Die Pufferflüssigkeit dient zum Schmieren und Kühlen der Dichtungsflächen und fungiert gleichzeitig als Barriere zwischen der Prozessflüssigkeit und der Atmosphäre. Tandemdichtungen verhindern besonders wirksam Flüssigkeitsverdampfung und Trockenlauf, da die Pufferflüssigkeit auch bei erhöhten Temperaturen flüssig bleibt.

Leitfaden zur Werkstoffauswahl für Hochtemperatur-Gleitringdichtungen

Obermaterial:

• Siliziumkarbid: Hohe Wärmeleitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, chemische Verträglichkeit, Thermoschockbeständigkeit. Geeignet für Temperaturen bis zu 1800 °F (982 °C).
• Wolframkarbid: Überragende Verschleißfestigkeit, ideal für abrasive Umgebungen.
• Kohlenstoffgraphit: Selbstschmierend, thermisch stabil, geeignet für Trockenlaufbedingungen und Temperaturen bis zu 1000 °F (538 °C).

Elastomere:

• Fluorelastomere (FKM): Gut für Temperaturen bis zu 400 °F (204 °C), bietet gute chemische Beständigkeit.
• Perfluorelastomere (FFKM): Können Temperaturen bis zu 600 °F (316 °C) aushalten und bieten außergewöhnliche chemische Beständigkeit.
• Polytetrafluorethylen (PTFE): Hervorragende thermische Stabilität, geringe Reibung, chemische Inertheit. Geeignet für Temperaturen bis zu 500 °F (260 °C).

Metallurgie:

• Rostfreie Stähle (z. B. 316L, 17-4PH): Festigkeit, Haltbarkeit, Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen.
• Hastelloy- und Inconel-Legierungen: Überlegene Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturleistung. Ideal für aggressive chemische Umgebungen und Temperaturen über 1000 °F (538 °C).

Nebendichtungen:

• Flexibler Graphit: Hervorragende Versiegelungsfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, chemische Beständigkeit. Geeignet für Temperaturen bis zu 1200 °F (649 °C).
• Grafoil: Ähnliche Eigenschaften wie flexibles Graphit, hält Temperaturen bis zu 850 °F (454 °C) stand.

Gleitringdichtungs-Unterstützungssysteme für den Hochtemperatureinsatz

Sperr- und Pufferflüssigkeitssysteme

Ein Sperrflüssigkeitssystem führt eine kompatible Flüssigkeit zwischen die Dichtungsflächen ein und schafft so eine physikalische Barriere zwischen der Prozessflüssigkeit und der Atmosphäre. Diese Sperrflüssigkeit wird unter einem höheren Druck gehalten als die Prozessflüssigkeit, wodurch verhindert wird, dass Prozessflüssigkeit die Dichtungsflächen erreicht.

Im Gegensatz dazu verwendet ein Pufferflüssigkeitssystem eine Flüssigkeit, die sowohl mit der Prozessflüssigkeit als auch mit den Dichtungsmaterialien kompatibel ist, jedoch einen niedrigeren Druck als die Prozessflüssigkeit hat. Die Pufferflüssigkeit hilft, die Dichtungsflächen zu kühlen und zu schmieren, wodurch die Wärmeentwicklung verringert und die Lebensdauer der Dichtung verlängert wird.

Rohrleitungspläne

Rohrleitungspläne sind standardisierte Anordnungen von Zusatzgeräten und Rohrleitungen, die Gleitringdichtungen in verschiedenen Anwendungen unterstützen, einschließlich Hochtemperaturanwendungen. Diese Pläne werden gemäß dem Standard 682 des American Petroleum Institute (API) durch Nummern gekennzeichnet. Einige gängige Rohrleitungspläne für Hochtemperatur-Gleitringdichtungen umfassen:

• Plan 23: Bei diesem Plan wird ein Wärmetauscher zum Kühlen der Sperrflüssigkeit verwendet, die von einem Pumpenring oder einer externen Pumpe zirkuliert wird. Die gekühlte Sperrflüssigkeit trägt dazu bei, die Temperatur an den Dichtungsflächen stabil zu halten.
• Plan 52: Bei dieser Anordnung versorgt ein externer Behälter die Dichtungskammer über eine Drosselbuchse mit Pufferflüssigkeit. Die Pufferflüssigkeit hilft, die Dichtungsflächen zu kühlen und zu schmieren, während die Drosselbuchse die Durchflussrate steuert und die gewünschte Druckdifferenz aufrechterhält.
• Plan 53A: Dieser Plan kombiniert Merkmale der Pläne 52 und 23 und verwendet einen unter Druck stehenden externen Behälter, um die Dichtungskammer mit Sperrflüssigkeit zu versorgen, und einen Wärmetauscher, um die zirkulierende Flüssigkeit zu kühlen.
• Plan 54: Ähnlich wie Plan 53A verwendet dieser Plan einen externen Druckbehälter und einen Wärmetauscher, beinhaltet jedoch auch eine Drosselbuchse mit geringem Spiel, um den Sperrflüssigkeitsfluss zu steuern und den Druckunterschied aufrechtzuerhalten.