Mechanische afdichtingen voor toepassingen met hoge temperaturen

In industriële omgevingen met hoge temperaturen is het van het grootste belang om de integriteit en betrouwbaarheid van mechanische afdichtingen te behouden. Er zijn gespecialiseerde materialen en ontwerpen nodig om extreme thermische spanningen te weerstaan en lekkage in kritische toepassingen te voorkomen.

In dit artikel worden de belangrijkste overwegingen en oplossingen voor mechanische afdichtingen die onder hoge temperaturen werken, besproken.

Veelvoorkomende faalwijzen als gevolg van hoge temperaturen

Thermische degradatie van afdichtingsoppervlakmaterialen

Hoge temperaturen kunnen thermische degradatie van de zegel gezicht materialen, wat leidt tot voortijdige slijtage en falen. De hitte die tijdens de werking wordt gegenereerd, kan de moleculaire structuur van de afdichtingsvlakken afbreken, waardoor ze hun mechanische eigenschappen en dimensionale stabiliteit verliezen. Deze verslechtering kan leiden tot verhoogde lekkage, verminderde afdichtingseffectiviteit en uiteindelijk afdichtingsfalen.

Thermische uitzetting en vervorming

Differentiële thermische uitzetting tussen de afdichtingscomponenten en de omringende apparatuur kan vervorming en verkeerde uitlijning van de afdichtingsvlakken veroorzaken. Naarmate de temperatuur stijgt, zetten de verschillende materialen met verschillende snelheden uit, waardoor er mogelijk gaten ontstaan of de afdichtingsvlakken kromtrekken. Deze vervorming kan leiden tot verhoogde lekkage, versnelde slijtage en verminderde afdichtingsprestaties.

Smeermiddelafbraak en carbonisatie

Hoge temperaturen kunnen leiden tot afbraak en carbonisatie van smeermiddelen die worden gebruikt in mechanische afdichtingen. De hitte kan de eigenschappen van het smeermiddel aantasten, waardoor de effectiviteit ervan bij het minimaliseren van wrijving en slijtage tussen de afdichtingsvlakken afneemt. Carbonisatie treedt op wanneer het smeermiddel afbreekt en harde, schurende koolstofafzettingen vormt op de afdichtingsvlakken, wat leidt tot versnelde slijtage en lekkage.

Degradatie van secundaire afdichting

De omgeving met hoge temperaturen kan ook de secundaire afdichtingen beïnvloeden, zoals O-ringen of pakkingen, die worden gebruikt in mechanische afdichtingen. Deze afdichtingen zijn doorgaans gemaakt van elastomere materialen die kunnen degraderen en hun elasticiteit kunnen verliezen wanneer ze worden blootgesteld aan hoge temperaturen. Degradatie van de secundaire afdichtingen kan leiden tot lekkage, waardoor de algehele afdichtingsprestaties van de mechanische verzegeling.

Thermische schok en cycli

Snelle temperatuurveranderingen, bekend als thermische schok, kunnen aanzienlijke stress veroorzaken op de mechanische afdichtingscomponenten. Thermische cycli, waarbij de afdichting herhaaldelijk wordt verwarmd en gekoeld, kunnen leiden tot vermoeidheid en scheuren van de afdichtingsvlakken en andere componenten. Deze thermische spanningen kunnen de levensduur van de afdichting verkorten en de kans op voortijdig falen vergroten.

Soorten mechanische afdichtingen voor hoge temperaturen

Bij het selecteren van mechanische afdichtingen voor toepassingen met hoge temperaturen is het belangrijk om rekening te houden met de specifieke ontwerpkenmerken die een betrouwbare werking onder extreme omstandigheden mogelijk maken. De volgende typen mechanische afdichtingen worden vaak gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen:

Enkele zegels

Enkele mechanische afdichtingen bestaan uit een enkele set afdichtingsvlakken, meestal gemaakt van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen. Deze afdichtingen worden vaak gebruikt in toepassingen waarbij de procesvloeistof niet erg vluchtig of gevaarlijk is. De primaire afdichtingsvlakmaterialen voor hogetemperatuur-enkele afdichtingen omvatten:

• Siliciumcarbide: Biedt uitstekende hittebestendigheid en thermische schokbestendigheid
• Wolfraamcarbide: Biedt hoge hardheid en slijtvastheid bij hoge temperaturen
• Koolstofgrafiet: Vertoont een goede thermische geleidbaarheid en zelf-smerende eigenschappen

Om de prestaties van enkele afdichtingen bij toepassingen met hoge temperaturen te verbeteren, kunnen extra functies zoals koelmantels, warmteafvoervinnen en thermische barrières in het afdichtingsontwerp worden opgenomen.

Dubbele afdichtingen

Dubbele mechanische afdichtingen bieden een extra beschermingslaag in omgevingen met hoge temperaturen, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met gevaarlijke of vluchtige vloeistoffen. Deze afdichtingen bestaan uit twee sets afdichtingsvlakken, met een barrièrevloeistof die ertussen circuleert. De barrièrevloeistof dient om de afdichtingsvlakken te smeren, warmte af te voeren en te voorkomen dat procesvloeistof naar de atmosfeer ontsnapt.

Enkele veelgebruikte barrièrevloeistoffen zijn:

• Vloeistoffen op basis van glycol: bieden goede thermische stabiliteit en warmteoverdrachtseigenschappen
• Perfluoropolyether (PFPE) vloeistoffen: bieden uitstekende chemische en thermische bestendigheid
• Vloeistoffen op siliconenbasis: vertonen een goede thermische stabiliteit en een lage vluchtigheid

Dubbele afdichtingen voor toepassingen met hoge temperaturen kunnen ook koelsystemen bevatten, zoals warmtewisselaars of luchtkoelers, om de temperatuur van de spervloeistof binnen aanvaardbare grenzen te houden.

Patroonafdichtingen

Cartridge mechanische afdichtingen zijn voorgemonteerde eenheden die de afdichtingscomponenten, pakkingplaat en huls combineren in één eenvoudig te installeren pakket. Deze afdichtingen bieden verschillende voordelen bij toepassingen met hoge temperaturen, waaronder:

• Vereenvoudigde installatie en onderhoud: Cartridge-afdichtingen verminderen het risico op onjuiste montage en minimaliseren de uitvaltijd tijdens het vervangen van de afdichting.
• Verbeterde uitlijning van de afdichtingsvlakken: het voorgemonteerde ontwerp zorgt voor een goede uitlijning van de afdichtingsvlakken, waardoor het risico op voortijdig falen als gevolg van verkeerde uitlijning wordt verminderd.
• Verbeterde lekpreventie: Cartridge-afdichtingen bevatten vaak secundaire afdichtingselementen, zoals O-ringen of pakkingen, om lekkage tussen de afdichtingscomponenten en de apparatuur te voorkomen

Materiaalkeuze