Wat is het verschil tussen Labyrinth Seal en Carbon Seal?

In de dynamische wereld van machines dienen afdichtingen als kritische componenten die lekkage voorkomen en optimale prestaties behouden. Twee prominente typen afdichtingen, labyrintafdichtingen en koolstofafdichtingen, gebruiken verschillende mechanismen om dit doel te bereiken.

In deze blogpost gaan we dieper in op de fundamentele verschillen tussen deze twee afdichtingstechnologieën. We bespreken hun unieke kenmerken, toepassingen en voordelen in verschillende industriële omgevingen.

Wat is een labyrintzegel

A labyrint afdichting is een type contactloze afdichting die afhankelijk is van een kronkelig pad om lekkage tussen roterende en stationaire componenten te minimaliseren. Het bestaat uit een reeks afwisselende tanden of messen op het roterende onderdeel en bijbehorende groeven of een honingraatoppervlak op het stationaire onderdeel. Wanneer vloeistof door de afdichting probeert te stromen, ondervindt het weerstand vanwege het complexe pad, wat resulteert in een drukval en minder lekkage. Labyrintafdichtingen worden vaak gebruikt in turbomachines, zoals gasturbinemotoren, compressoren en stoomturbines, om de stroming van gassen of vloeistoffen te regelen en tegelijkertijd relatieve beweging tussen componenten mogelijk te maken.

Voordelen van labyrintafdichtingen

Lage wrijving en slijtage

Een van de belangrijkste voordelen van labyrintafdichtingen is hun contactloze aard. In tegenstelling tot contactafdichtingen, zoals mechanische afdichtingen of koolstofringafdichtingen, labyrintafdichtingen vertrouwen niet op fysiek contact tussen de roterende en stationaire componenten. Dit elimineert wrijving en minimaliseert slijtage, wat resulteert in een langere levensduur van de afdichting en verminderde onderhoudsvereisten.

Compatibiliteit met hoge temperaturen

Labyrintafdichtingen zijn zeer geschikt voor toepassingen met hoge temperaturen. Ze kunnen worden vervaardigd van materialen die bestand zijn tegen hoge temperaturen, zoals roestvrij staal, Inconel of keramische composieten. Dit maakt ze ideaal voor gebruik in gasturbinemotoren, waar de bedrijfstemperaturen hoger kunnen zijn dan 1000°C.

Tolerantie voor verkeerde uitlijning en asbeweging

Het contactloze ontwerp van labyrintafdichtingen staat een zekere mate van verkeerde uitlijning en asbeweging toe zonder de afdichtingsprestaties in gevaar te brengen. Deze tolerantie is met name handig in toepassingen waar asvibratie of thermische uitzetting wordt verwacht, aangezien de afdichting deze veranderingen kan opvangen zonder overmatige lekkage of schade.

Nadelen van labyrintzegels

Hogere lekkage vergeleken met contactafdichtingen

Hoewel labyrintafdichtingen effectief lekkage verminderen, hebben ze doorgaans hogere lekkagepercentages vergeleken met contactafdichtingen zoals mechanische afdichtingen of koolstofringafdichtingen. De contactloze aard van labyrintafdichtingen zorgt er inherent voor dat er wat vloeistof door het kronkelige pad kan stromen, vooral als de spelingen niet strak worden gecontroleerd.

Gevoeligheid voor klaringen

De prestaties van labyrintafdichtingen zijn sterk afhankelijk van de speling tussen de roterende en stationaire componenten. Kleinere spelingen resulteren over het algemeen in een betere afdichting, maar verhogen ook het risico op contact en slijtage als er asbeweging of verkeerde uitlijning optreedt. Grotere spelingen daarentegen zorgen voor meer tolerantie voor beweging, maar ten koste van hogere lekkagepercentages.

Potentieel voor verstopping

In sommige toepassingen, met name die met vuile of met deeltjes beladen vloeistoffen, kunnen labyrintafdichtingen gevoelig zijn voor verstopping. Vuil kan zich ophopen in de groeven of tussen de tanden, waardoor de effectiviteit van de afdichting afneemt en er mogelijk schade ontstaat.

Beperkte drukverschilcapaciteit

Labyrintafdichtingen hebben een beperkt vermogen om hoge drukverschillen over de afdichting te verwerken. Naarmate het drukverschil toeneemt, lekkagepercentage door de afdichting neemt ook toe. In toepassingen met zeer hoge drukverschillen kunnen meerdere fasen van labyrintafdichtingen of alternatieve afdichtingstechnologieën, zoals droge gasafdichtingen of mechanische afdichtingen, vereist zijn om acceptabele lekkagepercentages te bereiken.

Wat is Carbon Seal?

Koolstofafdichtingen, ook wel bekend als koolstofringafdichtingen of mechanische afdichtingen, zijn een type dynamische afdichting die een positieve afdichting biedt tussen roterende en stationaire componenten. In tegenstelling tot labyrintafdichtingen, die vertrouwen op een reeks spelingen om lekkage te verminderen, creëren koolstofafdichtingen een fysieke barrière om te voorkomen dat vloeistof of gas ontsnapt.

Het ontwerp van koolstofafdichtingen bestaat doorgaans uit een stationaire koolstofring die veerbelast is tegen een roterende pasring. Terwijl de as roteert, houdt de koolstofring contact met de pasring, waardoor een afgesloten interface ontstaat. Deze configuratie zorgt ervoor dat koolstofafdichtingen vloeistoffen of gassen effectief kunnen vasthouden, zelfs onder hoge druk- en temperatuuromstandigheden.

Voordelen van koolstofafdichtingen

Lage lekkagepercentages

Een van de belangrijkste voordelen van koolstofafdichtingen is hun vermogen om extreem lage lekkagepercentages te handhaven. De nauwe spelingen en positieve afdichtingsactie van de koolstofringen resulteren in minimale vloeistof- of gasontsnapping, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen waarbij lekkagecontrole cruciaal is.

Lange levensduur

Koolstofafdichtingen staan bekend om hun duurzaamheid en lange levensduur. De koolstofmaterialen die in deze afdichtingen worden gebruikt, hebben een uitstekende slijtvastheid, waardoor ze bestand zijn tegen langdurig contact met de roterende pasring. Bovendien kunnen koolstofafdichtingen werken met minimale smering, waardoor de noodzaak voor frequent onderhoud wordt verminderd en de algehele levensduur van het afdichtingssysteem wordt verlengd.

Nadelen van koolstofafdichtingen

Hogere initiële kosten

Een van de belangrijkste nadelen van koolstofafdichtingen is hun hogere initiële kosten vergeleken met andere afdichtingstechnologieën, zoals labyrintafdichtingen. Het nauwkeurige productieproces en de hoogwaardige materialen die worden gebruikt in koolstofafdichtingen dragen bij aan hun hogere kosten.

Beperkte tolerantie voor verkeerde uitlijning

Koolstofafdichtingen hebben een beperkte tolerantie voor verkeerde uitlijning of slingering van de as. Elke significante afwijking van de optimale uitlijning kan leiden tot verhoogde slijtage en voortijdig falen van de afdichtingscomponenten.

Gevoeligheid voor druk- en temperatuurschommelingen

Hoewel koolstofafdichtingen een breed scala aan bedrijfsomstandigheden aankunnen, zijn ze gevoeliger voor plotselinge druk- of temperatuurschommelingen vergeleken met labyrintafdichtingen. Snelle veranderingen in deze parameters kunnen thermische uitzetting of krimp van de afdichtingscomponenten veroorzaken, wat mogelijk de prestaties van de afdichting beïnvloedt of tot schade leidt.

Smering vereist

In tegenstelling tot labyrintafdichtingen, die zonder smering kunnen werken, vereisen koolstofafdichtingen een dunne laag smering tussen de koolstofring en de pasring om wrijving en slijtage te verminderen. Deze smering wordt doorgaans geleverd door de procesvloeistof zelf of een extern smeersysteem. De noodzaak van smering voegt complexiteit toe aan het afdichtingssysteem en kan extra onderhoud vereisen.

Belangrijkste verschillen tussen labyrintafdichtingen en koolstofafdichtingen

Ontwerp en werking

Het fundamentele verschil tussen labyrintafdichtingen en koolstofafdichtingen ligt in hun ontwerp en werking. Labyrintafdichtingen zijn contactloze afdichtingen die bestaan uit een reeks afwisselende tanden en groeven op de roterende en stationaire componenten. Deze afdichtingen werken door een kronkelig pad voor de vloeistof te creëren, wat drukval veroorzaakt en lekkage vermindert.

Daarentegen zijn koolstofafdichtingen positieve contactafdichtingen die koolstofringen gebruiken die tegen een roterende as of vlak worden gedrukt om een afdichting te creëren. De koolstofringen worden doorgaans op hun plaats gehouden door veren of andere veerkrachtige elementen, waardoor constant contact met het afdichtingsoppervlak wordt gegarandeerd.

Lekkagecontrole

Labyrintafdichtingen vertrouwen op het creëren van turbulente stroming door de labyrintpassages om lekkage te minimaliseren. Hoewel ze geen volledige afdichting bieden, kunnen labyrintafdichtingen lekkage effectief verminderen tot acceptabele niveaus in veel toepassingen.

Aan de andere kant bieden koolstofafdichtingen een positieve afdichting, wat superieure lekkagecontrole biedt vergeleken met labyrintafdichtingen. Het directe contact tussen de koolstofringen en het afdichtingsoppervlak voorkomt dat vloeistof ontsnapt, wat koolstofafdichtingen ideaal maakt voor toepassingen die strikte lekkagecontrole vereisen.

Slijtage en onderhoud

Labyrintafdichtingen zijn contactloze afdichtingen en ondervinden daarom minimale slijtage tijdens gebruik. Ze zijn over het algemeen toleranter voor verontreinigingen en kunnen langere tijd werken zonder dat er frequent onderhoud of vervanging nodig is.

Daarentegen zijn koolstofafdichtingen onderhevig aan slijtage door het constante contact tussen de koolstofringen en het afdichtingsoppervlak. Deze slijtage kan na verloop van tijd leiden tot verhoogde lekkage en kan periodieke vervanging van de koolstofringen noodzakelijk maken.

Toepassingen

Labyrintafdichtingen worden vaak gebruikt in gasturbinemotoren, compressoren en stoomturbines, waar ze effectief zijn bij het afdichten van gassen met hoge druk en hoge temperatuur. Ze worden ook gebruikt in lagerbakken om olielekkage en verontreiniging te voorkomen.

Koolstofafdichtingen worden daarentegen veel gebruikt in pompen, mixers en andere roterende apparatuur die vloeistoffen of gassen verwerken. Ze zijn met name geschikt voor toepassingen die lage lekkagepercentages vereisen, zoals in de chemische, petrochemische en farmaceutische industrie. Koolstofafdichtingen worden ook gebruikt in combinatie met andere afdichtingstechnologieën, zoals droge gasafdichtingen, om verbeterde afdichtingsprestaties te bieden in veeleisende bedrijfsomstandigheden.