Geschiedenis van mechanische afdichtingen

Vroege mechanische afdichtingen (1900-1940)

Vroege afdichtingsontwerpen, materialen (staal, brons) en toepassingen

Vroege mechanische afdichtingen werden voornamelijk gemaakt van materialen zoals staal en brons. Deze materialen werden gekozen vanwege hun duurzaamheid en slijtvastheid. De afdichtingen werden ontworpen om te passen in de pakkingbussen van pompen en andere roterende apparatuur, wat een effectievere manier was om vloeistoflekkage te voorkomen dan traditionele zachte pakking.

Uitvinding van de eerste mechanische afdichting door George Cook in 1905 (de “Cook Seal”)

De geschiedenis van mechanische afdichtingen begon in 1905 toen George Cook de eerste uitvond mechanische verzegeling, bekend als de "Cook Seal." Dit baanbrekende ontwerp bestond uit een stationaire en een roterende ring, waarbij één ring een groef had die gevuld was met een zacht pakkingmateriaal. De Cook Seal was een opmerkelijke stap voorwaarts in de afdichtingstechnologie en bood een effectiever en betrouwbaarder alternatief voor traditionele pakkingbuspakkingen.

Ontwikkeling van de “Ryan Seal” door JM Ryan van Crane Packing Company in 1929

In 1929 introduceerde JM Ryan van de Crane Packing Company de “Ryan Seal”, die was voorzien van een veerbelaste stationaire zegel gezicht gemaakt van koolstofgrafiet en een roterend afdichtingsvlak van brons. Dit ontwerp verbeterde de Cook Seal door betere afdichtingsprestaties en een langere levensduur te bieden. De Ryan Seal werd snel populair in verschillende industriële toepassingen, met name in centrifugaalpompen.

Vooruitgang in het midden van de 20e eeuw (jaren 50-70)

Introductie van nieuwe afdichtingsoppervlakmaterialen zoals koolstofgrafiet, wolfraamcarbide, keramiek

In de jaren vijftig en zestig van de vorige eeuw fabrikanten van mechanische afdichtingen begon te experimenteren met nieuwe materialen voor afdichtingsvlakken om de prestaties en duurzaamheid te verbeteren. Koolstofgrafiet werd een populaire keuze voor stationaire afdichtingsvlakken vanwege de uitstekende slijtvastheid en zelf-smerende eigenschappen. Wolfraamcarbide en keramiek, zoals siliciumcarbide, werden ook geïntroduceerd als afdichtingsvlakmaterialen, die een superieure hardheid en chemische bestendigheid boden in vergelijking met traditioneel brons en staal.

Ontwikkeling van de druk-snelheidsfactor (PV) door Herbert Hummer van Durametallic

In de jaren 60 ontwikkelde Herbert Hummer van Durametallic Corporation de druk-snelheidsfactor (PV), een kritische ontwerpparameter die de afdichtingsdruk en de glijsnelheid van de afdichtingsvlakken met elkaar in verband brengt. De PV-factor stelde afdichtingsfabrikanten in staat om afdichtingsontwerpen voor specifieke toepassingen te optimaliseren, rekening houdend met factoren zoals vloeistofeigenschappen, temperatuur en druk. Deze ontwikkeling leidde tot de creatie van efficiëntere en betrouwbaardere mechanische afdichtingen.

Opkomst van standaard cartridge seals en seal-opstellingen (enkel, dubbel, tandem)

De introductie van standaard cartridge seals in de jaren 60 bracht een revolutie teweeg in de mechanische afdichtingsindustrie. Cartridge seals waren voorgemonteerde eenheden die alle benodigde componenten bevatten, zoals sealvlakken, secundaire afdichtingselementen en veren, in één enkel, kant-en-klaar pakket. Dit ontwerp vereenvoudigde de installatie en het onderhoud van seals, waardoor de downtime en kosten die gepaard gaan met het vervangen van seals werden verminderd.

Gedurende deze periode werden ook verschillende afdichtingsopstellingen ontwikkeld om te voldoen aan verschillende toepassingsvereisten. Enkele afdichtingen, bestaande uit één paar afdichtingsvlakken, werden de meest voorkomende opstelling voor algemene toepassingen. Dubbele afdichtingen, met twee paar afdichtingsvlakken met een barrièrevloeistof tussen hen, werden geïntroduceerd voor veeleisendere toepassingen die hogere niveaus van veiligheid en betrouwbaarheid vereisten. Tandemafdichtingen, met twee paar afdichtingsvlakken in serie, werden ontwikkeld voor toepassingen waarbij een reserveafdichting nodig was in geval van falen van de primaire afdichting.

Oprichting van grote afdichtingsbedrijven zoals John Crane, Flowserve, Burgmann

Halverwege de 20e eeuw ontstonden er verschillende grote fabrikanten van mechanische afdichtingen die de industrie vorm zouden geven. John Crane, opgericht in 1917, werd een toonaangevende wereldwijde leverancier van mechanische afdichtingen en afdichtingssystemen. Flowserve Corporation, gevormd door de fusie van BW/IP en Durco International in 1997, vindt zijn oorsprong in Byron Jackson Company, een vooraanstaande fabrikant van pompen en afdichtingen, opgericht in 1872. Burgmann Industries, opgericht in 1884, groeide uit tot een belangrijke speler op de Europese markt voor mechanische afdichtingen.

Deze bedrijven hebben een belangrijke rol gespeeld bij de ontwikkeling van mechanische afdichtingstechnologie door voortdurend te investeren in onderzoek en ontwikkeling en door innovatieve ontwerpen, materialen en productieprocessen te introduceren die nieuwe normen stellen voor afdichtingsprestaties en betrouwbaarheid.

Modern tijdperk van mechanische afdichtingen (jaren 80-heden)

Verbeteringen in afdichtingsontwerp en -materialen als gevolg van strengere regelgeving en eisen van de industrie

In de jaren 80 en 90 zorgden toenemende zorgen over het milieu en strengere regelgeving met betrekking tot emissies en lekkage van industriële apparatuur voor aanzienlijke vooruitgang in het ontwerp en de materialen van mechanische afdichtingen. De wijzigingen van de Amerikaanse Clean Air Act van 1990 bijvoorbeeld verplichtten de reductie van vluchtige organische stoffen (VOS)-emissies van pompen en andere apparatuur, waardoor fabrikanten van afdichtingen werden gedwongen om efficiëntere en milieuvriendelijkere afdichtingsoplossingen te ontwikkelen.

De vraag van de industrie naar hogere betrouwbaarheid, langere levensduur en verbeterde prestaties in uitdagende omstandigheden stimuleerde ook innovatie in afdichtingsontwerp en -materialen. Fabrikanten van afdichtingen richtten zich op het ontwikkelen van geavanceerde afdichtingsoppervlakmaterialen, het optimaliseren van de afdichtingsgeometrie en het opnemen van functies zoals spiraalgroeven en lasergefreesde topografie van het oppervlak om de afdichtingsprestaties te verbeteren en slijtage te verminderen.

Gebruik van geavanceerde materialen zoals siliciumcarbide, diamantcoatings en hoogwaardige polymeren

Het gebruik van geavanceerde materialen is een kenmerk van de moderne ontwikkeling van mechanische afdichtingen. Siliciumcarbide, een keramisch materiaal met uitstekende hardheid, slijtvastheid en chemische inertheid, is een voorkeurskeuze geworden voor afdichtingsvlakken in veeleisende toepassingen met schurende of corrosieve vloeistoffen. Diamantcoatings, aangebracht met behulp van chemische dampafzetting (CVD) of fysieke dampafzetting (PVD) technieken, zijn ook gebruikt om de slijtvastheid en duurzaamheid van afdichtingsvlakken te verbeteren.

Hoogwaardige polymeren, zoals polytetrafluorethyleen (PTFE), polyetheretherketon (PEEK) en aromatische polyamiden (bijv. Kevlar), worden steeds vaker gebruikt in secundaire afdichtingselementen en andere afdichtingscomponenten. Deze materialen bieden uitstekende chemische bestendigheid, lage wrijving en stabiliteit bij hoge temperaturen, waardoor mechanische afdichtingen betrouwbaar kunnen werken in een breed scala aan uitdagende omgevingen.

Integratie van functies zoals lasergefreesde gezichtstopografie voor betere prestaties

Vooruitgang in productietechnologieën heeft sealfabrikanten in staat gesteld om geavanceerde functies in mechanische sealontwerpen op te nemen. Laserbewerking heeft bijvoorbeeld de creatie van nauwkeurige microtopografie op sealvlakken mogelijk gemaakt, zoals spiraalgroeven of kuiltjes, die de smering kunnen verbeteren, de wrijving kunnen verminderen en de sealprestaties kunnen verbeteren.

Andere ontwerpkenmerken die steeds vaker voorkomen in moderne mechanische afdichtingen zijn:

• Bidirectionele afdichtingsmogelijkheden, waardoor afdichtingen effectief in beide draairichtingen kunnen werken
• Zelfuitlijnende afdichtingsvlakken, die een optimaal contact en afdichtingsprestaties garanderen, zelfs bij verkeerde uitlijning
• Drukgebalanceerde afdichtingsvlakken, waardoor de netto sluitkracht op de afdichtingsvlakken wordt verminderd en de levensduur van de afdichting wordt verlengd
• Flexibele secundaire afdichtingselementen van grafiet, die een verbeterde chemische compatibiliteit en hoge temperatuurprestaties bieden

Toepassing van modulaire patroonafdichtingen en splitafdichtingen voor eenvoudigere installatie en onderhoud

Modulaire cartridge seals zijn de afgelopen decennia steeds populairder geworden vanwege hun eenvoudige installatie en onderhoud. Deze seals zijn ontworpen met verwisselbare componenten, waardoor gebruikers snel versleten of beschadigde onderdelen kunnen vervangen zonder de hele seal-assemblage te hoeven vervangen. Deze modulaire aanpak vermindert downtime en onderhoudskosten en biedt tegelijkertijd meer flexibiliteit in sealconfiguratie voor specifieke toepassingen.

Gespleten zeehonden, bestaande uit twee helften die rond de as kunnen worden geïnstalleerd zonder dat de apparatuur volledig hoeft te worden gedemonteerd, hebben ook aan populariteit gewonnen in de afdichtingsindustrie. Gesplitste afdichtingen zijn met name voordelig voor toepassingen waarbij frequent afdichtingsonderhoud vereist is of waarbij demontage van apparatuur moeilijk of tijdrovend is.