Wat is een mechanische afdichting

Een mechanische afdichting is een kritisch onderdeel in roterende apparatuur dat vloeistoflekkage voorkomt en druk vasthoudt. Deze afdichtingen worden veel gebruikt in verschillende industrieën, waaronder olie en gas, chemische verwerking en waterbehandeling, waar ze de betrouwbare en efficiënte werking van pompen, compressoren en andere machines garanderen.

Het ontwerp en de functie van mechanische afdichtingen zijn in de loop der jaren aanzienlijk geëvolueerd, met vooruitgang in materiaalkunde en -techniek die hebben geleid tot verbeterde prestaties en levensduur. In deze blogpost duiken we in de complexiteit van mechanische afdichtingen en onderzoeken we hun fundamentele principes, belangrijkste componenten en functies.

Wat is een mechanische afdichting

Een mechanische afdichting is een type afdichtingsapparaat dat wordt gebruikt om lekkage van vloeistoffen langs roterende assen te voorkomen, met name in centrifugaalpompen en andere roterende apparatuur. Het bestaat uit twee hoofdcomponenten: een stationaire afdichtingsring die in de pompbehuizing is gemonteerd en een roterende afdichtingsring die aan de as is bevestigd. Deze twee ringen vormen een afdichtingsinterface, die een barrière creëert tussen de procesvloeistof en de atmosfeer.

Mechanische afdichtingen dienen als een superieur alternatief voor traditionele pakkingbussen, en bieden betere afdichtingsprestaties en verminderde onderhoudsvereisten. Ze zijn ontworpen om vloeistoffen in de pomp te houden terwijl de as vrij kan draaien, waardoor wrijving en slijtage worden geminimaliseerd. Door de pompas effectief af te dichten, helpen mechanische afdichtingen vloeistoflekkage te voorkomen, wat kan leiden tot productverlies, milieuverontreiniging en veiligheidsrisico's.

De afdichtende werking van een mechanische afdichting is afhankelijk van de precieze vlakheid en gladheid van de afdichtingsvlakken. De roterende en stationaire afdichtingsvlakken worden samengedrukt door een combinatie van hydraulische en veerkrachtige krachten, waardoor er een dunne vloeistoffilm tussen hen ontstaat. Deze vloeistoffilm fungeert als een barrière, voorkomt lekkage en smeert de afdichtingsvlakken om slijtage en wrijving te minimaliseren.

Hoe mechanische afdichtingen werken

Mechanische afdichtingen zijn ontworpen om vloeistof in een pomphuis of vat te houden door een afdichting te creëren tussen de stationaire en roterende delen van de apparatuur. De primaire afdichtingsvlakken, bestaande uit een stationaire afdichtingsring en een roterende afdichtingsring, staan loodrecht op de as en vormen een afdichtingsinterface. Deze afdichtingsvlakken worden samengedrukt door een combinatie van hydraulische krachten van de afgedichte vloeistof en veerdruk van het veermechanisme van de afdichting.

De primaire afdichtingsvlakken zijn doorgaans gemaakt van harde, slijtvaste materialen zoals siliciumcarbide, wolfraamcarbide of koolstofgrafiet. Deze materialen worden met precisie bewerkt om een vlak, glad afdichtingsoppervlak te creëren. Terwijl de as draait, wordt er een dunne laag vloeistof tussen de afdichtingsvlakken getrokken, waardoor ze worden gesmeerd en direct contact wordt voorkomen. Deze vloeistoflaag, samen met de hydraulische en veerkracht, helpt de integriteit van de afdichting te behouden en voorkomt lekkage.

Secundaire afdichtingen, zoals O-ringen, wigafdichtingen of elastomere balgen, worden gebruikt om af te dichten tussen de stationaire en roterende componenten van de mechanische afdichtingsconstructie. Deze secundaire afdichtingen voorkomen lekkage tussen de afdichtingsvlakken en de pompbehuizing of asbus. Ze vangen ook kleine asbewegingen en verkeerde uitlijningen op, zodat de primaire afdichtingsvlakken goed contact blijven houden.

In sommige mechanische afdichtingsontwerpen, zoals dubbele afdichtingen of tandemafdichtingen, worden extra afdichtingen gebruikt om verbeterde lekbescherming te bieden of om een barrièrevloeistof af te dichten. De barrièrevloeistof, die doorgaans schoon en compatibel is met de procesvloeistof, wordt op een hogere druk gehouden dan de procesvloeistof om verontreiniging te voorkomen en smering te bieden aan de afdichtingsvlakken.

Componenten van mechanische afdichtingen

Mechanische afdichtingen bestaan uit verschillende belangrijke componenten die samenwerken om effectieve afdichting te bieden en lekkage te voorkomen. Deze componenten omvatten:

• Primaire afdichtingsvlakken: De primaire afdichtingsvlakken vormen het hart van een mechanische afdichting. Deze precisie-gelakte oppervlakken zijn gemaakt van materialen zoals siliciumcarbide, wolfraamcarbide of koolstofgrafiet en creëren een dynamische afdichtingsinterface die voorkomt dat vloeistof langs de roterende as ontsnapt. Het stationaire vlak wordt doorgaans in de pakkingbus of afdichtingsbehuizing gemonteerd, terwijl het roterende vlak aan de as of asbus is bevestigd.
• Secundaire afdichtingen: Secundaire afdichtingen, ook bekend als statische afdichtingen, zijn verantwoordelijk voor de afdichting tussen stationaire componenten en het voorkomen van lekkage naar de atmosfeer. Deze afdichtingen kunnen worden gemaakt van elastomere materialen zoals O-ringen, V-ringen of PTFE-wiggen. In sommige ontwerpen worden metalen balgen of elastomere balgen gebruikt als secundaire afdichtingen om asbewegingen op te vangen en extra afdichting te bieden.
• Veermechanisme: Het veermechanisme oefent een constante kracht uit op de primaire afdichtingsvlakken, wat zorgt voor goed contact en afdichting. Deze kracht is essentieel voor het handhaven van de afdichtingsvlakspleet en het opvangen van eventuele verkeerde uitlijning van de as of axiale asaanpassingen. Veelvoorkomende veertypen zijn onder andere spiraalveren, golfveren en metalen balgen.
• Ondersteuningshardware: Mechanische afdichtingen zijn afhankelijk van verschillende ondersteuningscomponenten om effectief te functioneren. Deze omvatten afdichtingsklieren, borgringen, aandrijfkragen en antirotatiepennen. De afdichtingsklier biedt een montageoppervlak voor het stationaire afdichtingsvlak en helpt de afdichtingscomponenten uit te lijnen. Borgringen en aandrijfkragen bevestigen de roterende componenten aan de as, terwijl antirotatiepennen ongewenste rotatie van het afdichtingsvlak voorkomen.

Functies van mechanische afdichtingen

Primaire afdichtingsfunctie

De primaire functie van een mechanische afdichting is om procesvloeistof in de pomp of apparatuur te houden en lekkage langs de roterende as te voorkomen. De primaire afdichtingsvlakken creëren een dynamische afdichtingsinterface die een dunne vloeistoffilm tussen de stationaire en roterende vlakken handhaaft. Deze vloeistoffilm, gegenereerd door de pompwerking en de geometrie van het afdichtingsvlak, voorkomt direct contact tussen de vlakken en minimaliseert slijtage terwijl efficiënte afdichting mogelijk is.

Asafdichting en uitlijning

Mechanische afdichtingen bieden effectieve afdichting rond roterende assen, accommoderen assnelheden en staan beperkte asbeweging toe. De afdichtingscomponenten, zoals de secundaire afdichtingen en het veermechanisme, staan enige mate van asafwijking en axiale asaanpassing toe, terwijl een juiste afdichtingsomgeving behouden blijft.

Vloeistofcompatibiliteit en -insluiting

Mechanische afdichtingen zijn ontworpen om een breed scala aan vloeistoffen te verwerken, waaronder water, koolwaterstoffen, chemicaliën en schurende vloeistoffen. De materialen van het afdichtingsvlak en de secundaire afdichtingen worden geselecteerd op basis van hun compatibiliteit met de procesvloeistof, wat zorgt voor optimale afdichtingsprestaties en levensduur.

Druk- en temperatuurbeheer

Mechanische afdichtingen kunnen werken bij een breed scala aan druk en temperatuur. De afdichtingscomponenten, zoals de primaire afdichtingsvlakken, secundaire afdichtingen en ondersteunende hardware, zijn ontworpen om de specifieke druk- en temperatuurvereisten van de toepassing te weerstaan. In toepassingen met hoge druk worden vaak gebalanceerde afdichtingsontwerpen gebruikt om de sluitkracht op de afdichtingsvlakken te minimaliseren, slijtage te verminderen en de levensduur van de afdichting te verlengen.

Voordelen van het gebruik van mechanische afdichtingen

Verminderde lekkagepercentages

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van mechanische afdichtingen is hun vermogen om lekkagepercentages aanzienlijk te verminderen in vergelijking met traditionele pakkingsmethoden. De dynamische afdichtingsinterface die wordt gecreëerd door de primaire afdichtingsvlakken minimaliseert vloeistofontsnapping, wat zorgt voor een efficiënte insluiting van de procesvloeistof. Deze vermindering van lekkage verbetert niet alleen de algehele efficiëntie van het pompsysteem, maar minimaliseert ook de impact op het milieu en verhoogt de veiligheid op de werkplek.

Lagere onderhoudskosten

Mechanische afdichtingen bieden lagere onderhoudskosten vergeleken met andere afdichtingsmethoden, zoals pakkingbuspakking. De nauwkeurig ontworpen componenten en geavanceerde afdichtingsoppervlakmaterialen die worden gebruikt in mechanische afdichtingen resulteren in een langere levensduur en minder slijtage, waardoor de noodzaak voor frequente afdichtingsvervangingen wordt geminimaliseerd. Bovendien helpen de verminderde lekkagepercentages die gepaard gaan met mechanische afdichtingen om schade aan lagers en andere pompcomponenten te voorkomen, waardoor de onderhoudsvereisten en -kosten verder worden verlaagd.

Verhoogde operationele efficiëntie

Het gebruik van mechanische afdichtingen draagt bij aan een verhoogde operationele efficiëntie in pompsystemen. Door een goede afdichtingsomgeving te behouden en lekkage te minimaliseren, verminderen mechanische afdichtingen het stroomverbruik en verbeteren ze de algehele pompprestaties. De efficiënte afdichting die mechanische afdichtingen bieden, helpt ook om verontreiniging van de procesvloeistof te voorkomen, de productkwaliteit te behouden en het risico op procesverstoringen te verminderen.

Levensduur en duurzaamheid

Mechanische afdichtingen zijn ontworpen voor een lange levensduur en duurzaamheid, en bieden een langere levensduur in veeleisende toepassingen. De hoogwaardige materialen die worden gebruikt in de constructie van afdichtingen, zoals siliciumcarbide, wolfraamcarbide en bewerkte kunststoffen, bieden uitstekende slijtvastheid en chemische compatibiliteit. Het robuuste ontwerp van mechanische afdichtingen, gecombineerd met de juiste installatie en onderhoud, zorgt voor betrouwbare afdichtingsprestaties gedurende een langere periode, waardoor de uitvaltijd en vervangingskosten worden verminderd.

Soorten mechanische afdichtingen

Enkele zegels

Enkele mechanische afdichtingen, ook wel componentafdichtingen genoemd, bestaan uit een enkele set afdichtingsvlakken die een dynamische afdichtingsinterface vormen tussen de roterende as en de stationaire behuizing. Deze afdichtingen worden doorgaans gebruikt in toepassingen met schone, niet-schurende vloeistoffen en gematigde temperatuur- en drukomstandigheden.

Enkele afdichtingen kunnen gebalanceerd of ongebalanceerd zijn, afhankelijk van de drukverdeling over de afdichtingsvlakken. Gebalanceerde afdichtingen hebben gelijke druk aan beide zijden van de afdichtingsvlakken, waardoor slijtage wordt verminderd en de levensduur van de afdichting wordt verlengd. Ongebalanceerde afdichtingen hebben een hogere druk aan één kant, wat kan leiden tot verhoogde slijtage en een kortere levensduur van de afdichting.

Dubbele afdichtingen

Dubbele mechanische afdichtingen hebben twee sets afdichtingsvlakken, die een extra beschermingslaag tegen lekkage bieden. De ruimte tussen de twee sets afdichtingsvlakken is gevuld met een barrièrevloeistof, die een vloeistof of een gas kan zijn. De barrièrevloeistof dient om de afdichtingsvlakken te smeren en te koelen, en om te voorkomen dat procesvloeistof de atmosfeer binnendringt.

Dubbele afdichtingen worden vaak gebruikt in toepassingen met gevaarlijke, giftige of dure vloeistoffen, waarbij lekkage tot een minimum moet worden beperkt. Ze kunnen ook worden gebruikt in toepassingen met hoge druk of hoge temperaturen, waarbij een enkele afdichting mogelijk niet voldoende afdichtingsprestaties biedt.

Pusher vs. Non-pusher afdichtingen

Pusher seals, ook bekend als conventionele seals, gebruiken een veermechanisme om contact te houden tussen de sealvlakken. De veer duwt het roterende sealvlak tegen het stationaire sealvlak, wat zorgt voor een strakke seal. Pusher seals worden veel gebruikt vanwege hun eenvoud en kosteneffectiviteit.

Niet-pusherafdichtingen, zoals balgafdichtingen en metalen balgafdichtingen, gebruiken een flexibel element om contact te houden tussen de afdichtingsvlakken. Het flexibele element, meestal gemaakt van elastomere of metalen materialen, fungeert zowel als een veer als een secundaire afdichting. Niet-pusherafdichtingen bieden betere prestaties in toepassingen met hoge asuitloop of verkeerde uitlijning, omdat het flexibele element deze onregelmatigheden kan opvangen.

Patroonafdichtingen

Cartridge seals zijn voorgemonteerde units die alle componenten van een mechanische seal combineren in één, eenvoudig te installeren pakket. Ze bestaan uit de sealvlakken, secundaire seals, veermechanisme en ondersteunende hardware, allemaal ondergebracht in één enkele assemblage.

Cartridge seals bieden verschillende voordelen ten opzichte van component seals, waaronder eenvoudigere installatie, verbeterde betrouwbaarheid en lagere onderhoudskosten. Ze zijn met name handig in toepassingen waar frequente seal vervanging vereist is, omdat ze snel en eenvoudig geïnstalleerd kunnen worden zonder de noodzaak van gespecialiseerde gereedschappen of expertise.

Gesplitste zegels

Gespleten zeehonden zijn ontworpen om rond een as te worden geïnstalleerd zonder dat de apparatuur volledig gedemonteerd hoeft te worden. Ze bestaan uit twee of meer onderdelen die rond de as kunnen worden gemonteerd, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen waarbij de afdichting snel en met minimale downtime moet worden vervangen.

Split seals worden vaak gebruikt in grote, dure apparatuur zoals pompen, compressoren en roerwerken, waar volledige demontage tijdrovend en kostbaar zou zijn. Ze zijn ook nuttig in toepassingen waar de apparatuur niet gemakkelijk kan worden verplaatst of bereikt, zoals in ondergrondse of offshore-installaties.

Toepassingen van mechanische afdichtingen

Olie en gas

In de olie- en gasindustrie worden mechanische afdichtingen gebruikt in pompen en compressoren die koolwaterstoffen, boorvloeistoffen en andere procesmedia verwerken. Deze afdichtingen zijn ontworpen om bestand te zijn tegen hoge druk, temperaturen en schurende omstandigheden die vaak voorkomen in deze sector. Gespecialiseerde mechanische afdichtingen, zoals API 682-afdichtingen, zijn ontworpen om te voldoen aan de strenge eisen van de petroleumindustrie.

Chemische verwerking

Chemische verwerkingsinstallaties vertrouwen op mechanische afdichtingen om lekkage van verschillende chemicaliën, oplosmiddelen en reagentia te voorkomen. Deze afdichtingen moeten compatibel zijn met de procesvloeistoffen en bestand zijn tegen corrosie, erosie en chemische aantasting. Dubbele mechanische afdichtingen met barrièrevloeistoffen worden vaak gebruikt om een extra beschermingslaag tegen lekkage te bieden en naleving van milieuvoorschriften te garanderen.

Waterbehandeling

Bij waterbehandelingstoepassingen spelen mechanische afdichtingen een cruciale rol bij het afdichten van pompen en andere apparatuur die water, afvalwater en verschillende behandelingschemicaliën verwerken. Deze afdichtingen moeten bestand zijn tegen blootstelling aan chloor, zuren en andere corrosieve stoffen, terwijl ze verontreiniging van de watervoorziening voorkomen. Cartridge-afdichtingen worden in deze industrie veel gebruikt vanwege hun eenvoudige installatie en onderhoud.

Eten en drinken

De voedings- en drankenindustrie vereist mechanische afdichtingen die voldoen aan strenge hygiëne- en sanitaire normen. Deze afdichtingen moeten zo zijn ontworpen dat ze bacteriegroei voorkomen, bestand zijn tegen frequente reinigings- en sterilisatiecycli en de zuiverheid van het product behouden. Enkele en dubbele mechanische afdichtingen van FDA-goedgekeurde materialen, zoals roestvrij staal en speciale elastomeren, worden in deze sector veel gebruikt om productveiligheid en naleving van regelgeving te garanderen.