Ce sunt garniturile de gaz uscat

În domeniul mașinilor rotative, etanșarea eficientă a gazelor de proces este de cea mai mare importanță pentru asigurarea performanței și fiabilității optime. Etanșările cu gaz uscat au apărut ca o soluție de etanșare adoptată pe scară largă, oferind avantaje distincte față de garniturile tradiționale lubrifiate cu lichid.

Această postare de blog analizează complexitatea etanșărilor cu gaz uscat, explorând designul, principiile de funcționare și aplicațiile acestora în diferite sectoare industriale.

Ce sunt garniturile de gaz uscat

Garniturile de gaz uscate sunt un tip de etanșare fără contact etanșare mecanică utilizat în mod obișnuit în compresoarele centrifugale pentru a preveni scurgerea gazului de proces de-a lungul arborelui rotativ. Aceste etanșări funcționează fără a fi nevoie de lubrifiere lichidă, bazându-se în schimb pe o peliculă subțire de gaz pentru a menține un spațiu între suprafețele de etanșare. Această separare se realizează printr-o combinație de caneluri pe inelele de împerechere și forțele hidrodinamice generate de rotația arborelui.

Garniturile uscate cu gaz oferă mai multe avantaje față de garniturile tradiționale umede (lubrifiate cu ulei), inclusiv un consum mai mic de energie, risc redus de contaminare și eficiență îmbunătățită a compresorului. Ele sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii, cum ar fi prelucrarea petrolului și gazelor, uzinele petrochimice și aplicațiile de transport de gaze.

Componentele garniturii de gaz uscat

• Inel rotativ: Inelul rotativ este atașat la arborele compresorului și are o față prelucrată cu precizie cu un model de caneluri în spirală. Acest model ajută la generarea forței de ridicare hidrodinamică necesară pentru a menține spațiul dintre suprafețele de etanșare în timpul funcționării.
• Inel staționar: inelul staționar este montat în carcasa de etanșare și are o față netedă de etanșare care se potrivește cu inelul rotativ. Este fabricat de obicei dintr-un material dur, rezistent la uzură, cum ar fi carbura de siliciu sau carbura de tungsten, pentru a rezista la condițiile dure de funcționare.
• Sistemul de alimentare cu gaz de etanșare: Sistemul de alimentare cu gaz de etanșare furnizează un gaz curat și uscat (de obicei azot) la o presiune controlată cu precizie în cavitatea de etanșare. Acest gaz este esențial pentru crearea peliculei subțiri între fețele de etanșare și prevenirea contaminării cu gazul de proces. Sistemul de alimentare cu gaz de etanșare include de obicei filtre, regulatoare de presiune și supape de control al debitului pentru a menține mediul optim de etanșare.

Pe lângă aceste componente primare, garniturile de gaz uscate încorporează și elemente de etanșare secundare, cum ar fi inele O și garnituri, pentru a preveni scurgerile între componentele staționare.

Cum funcționează garniturile de gaz uscat

Etanșările cu gaz uscat funcționează pe principiul tehnologiei de etanșare fără contact, de tip gol. Acțiunea de etanșare este realizată printr-o peliculă subțire de gaz sub presiune care curge între fețele de etanșare fabricate cu precizie, creând o barieră care previne scurgerea.

Gazul de etanșare de înaltă presiune este injectat în interfața de etanșare prin porturile din inelul staționar. Pe măsură ce gazul intră în spațiul dintre inelele rotative și staționare, se extinde și creează un profil de presiune pe fețele de etanșare. Acest profil de presiune generează o forță de deschidere care separă fețele printr-un mic spațiu, de obicei măsurând câțiva microni.

Rotirea arborelui și a inelului rotativ atașat generează un efect hidrodinamic în filmul de gaz. Acest efect face ca presiunea gazului să crească radial spre exterior, creând o etanșare stabilă, fără contact între componentele rotative și staționare.

Pentru a menține spațiul de etanșare optim, garniturile de etanșare uscate se bazează pe echilibrul dintre forța de deschidere generată de gazul presurizat și forța de închidere exercitată de arcurile de etanșare și diferența de presiune pe fețele de etanșare. Sistemul de alimentare cu gaz de etanșare furnizează continuu gaz curat și uscat la o presiune puțin mai mare decât gazul de proces pentru a asigura etanșarea pozitivă și pentru a preveni contaminarea.

Gazul scurs din etanșarea primară este colectat în camera de etanșare secundară și aerisit în siguranță sau reciclat înapoi în compresor.

Tipuri de etanșare cu gaz uscat

Garniturile de etanșare cu gaz uscat vin în diferite configurații pentru a se potrivi diferitelor cerințe de aplicare. Cele trei tipuri principale de etanșări cu gaz uscat sunt etanșări simple, etanșări tandem și etanșări duble opuse.

Sigilii unice

Garniturile unice de gaz uscat constau dintr-un singur set de inele rotative și staționare. Aceste etanșări sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații cu diferențe de presiune mai mici și condiții de funcționare mai puțin solicitante. Garniturile unice sunt mai compacte și mai rentabile în comparație cu alte tipuri de etanșări cu gaz uscat.

Gazul de etanșare este introdus între inelele rotative și staționare, creând o peliculă subțire care împiedică contactul direct între suprafețe. Acest film menține un spațiu stabil, permițând o etanșare eficientă și minimizând uzura componentelor.

Sigilii tandem

Etanșările în tandem cu gaz uscat au două seturi de inele rotative și staționare dispuse în serie. Această configurație oferă un strat suplimentar de protecție și redundanță, făcând etanșările tandem adecvate pentru aplicații mai critice sau medii cu diferențe de presiune mai mari.

Într-un aranjament de etanșare tandem, etanșarea primară funcționează ca element de etanșare principal, în timp ce etanșarea secundară servește ca suport. Dacă etanșarea primară se defectează sau prezintă scurgeri excesive, etanșarea secundară preia controlul pentru a menține integritatea etanșării sistemului.

Gazul de etanșare este furnizat atât la garniturile primare, cât și la cele secundare, asigurând o performanță de etanșare consistentă și fiabilă. Garniturile tandem oferă siguranță și fiabilitate sporite, deoarece pot continua să funcționeze chiar dacă un set de componente de etanșare se defectează.

Sigilii duble opuse

Etanșările cu gaz uscat dublu opuse constau din două seturi de inele rotative și staționare dispuse într-o configurație opusă. În acest aranjament, fețele de etanșare sunt poziționate spate în spate, cu gazul de etanșare furnizat între ele.

Designul opus al etanșărilor duble permite echilibrarea presiunii, ceea ce ajută la minimizarea forțelor axiale care acționează asupra componentelor de etanșare.

Fluxul de gaz de etanșare în etanșările duble opuse este gestionat printr-o serie de orificii și canale din carcasa etanșării. Acest lucru asigură o distribuție uniformă a gazului de etanșare și ajută la menținerea unei interfețe de etanșare stabilă între componentele rotative și staționare.

Etanșările duble opuse asigură o eficiență excelentă de etanșare și sunt capabile să gestioneze diferențe de presiune mai mari în comparație cu etanșările simple și tandem. Sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații solicitante, cum ar fi compresoarele și pompele de înaltă presiune, unde performanța de etanșare fiabilă este esențială.

Avantajele etanșării cu gaz uscat

Fiabilitate îmbunătățită

Etanșările cu gaz uscat oferă o fiabilitate semnificativ mai mare în comparație cu metodele tradiționale de etanșare. Designul fără contact al etanșărilor cu gaz uscat minimizează uzura, reducând riscul de defecțiune și prelungind durata de viață a etanșării.

Eficiență sporită

Etanșările cu gaz uscat funcționează cu un spațiu mai mic între componentele rotative și staționare, rezultând scurgeri reduse și eficiență de etanșare îmbunătățită.

Costuri mai mici de întreținere

Natura fără contact a etanșărilor cu gaz uscat reduce frecarea și uzura, minimizând nevoia de întreținere frecventă și înlocuire a pieselor. Acest avantaj duce la costuri de întreținere mai mici pe durata de viață a echipamentului, precum și la reducerea timpului de nefuncționare asociat activităților de întreținere a etanșării.

Beneficii pentru mediu

Garniturile uscate cu gaz oferă o soluție de etanșare mai curată și mai ecologică în comparație cu garniturile tradiționale pe bază de ulei. Prin utilizarea gazului inert ca mediu de etanșare, etanșările cu gaz uscat elimină riscul de scurgere de ulei și de contaminare, contribuind la minimizarea impactului asupra mediului al echipamentului.

Dezavantajele garniturii cu gaz uscat

Cost inițial mai mare

Tehnologia avansată și producția de precizie necesare pentru etanșările cu gaz uscat au ca rezultat adesea un cost inițial mai mare în comparație cu metodele tradiționale de etanșare.

Sensibilitatea la contaminanți

Garniturile uscate cu gaz sunt mai sensibile la contaminanții din gazul de etanșare în comparație cu garniturile tradiționale. Particulele, lichidele sau alte impurități din alimentarea cu gaz pot deteriora fețele de etanșare, ducând la defecțiuni premature.

Interval limitat de temperatură

Etanșările cu gaz uscat au un interval de temperatură de funcționare mai limitat în comparație cu unele metode tradiționale de etanșare. Materialele utilizate în etanșările cu gaz uscat pot să nu fie potrivite pentru aplicații la temperaturi extrem de ridicate sau joase, limitând utilizarea lor în anumite industrii sau procese.

Aplicații ale etanșărilor cu gaz uscat

Compresoare centrifuge

Garniturile uscate de gaz sunt utilizate pe scară largă în compresoarele centrifuge, în special în industria petrolului și gazelor. Ele oferă etanșare fiabilă și eficientă pentru aplicații de înaltă presiune și viteză mare, asigurând performanțe optime ale compresorului și minimizând scurgerile de gaz.

Turbomașini

Etanșările uscate cu gaz găsesc aplicații în diverse turbomașini, cum ar fi turbinele cu abur, turbinele cu gaz și expansoarele. Acestea oferă performanțe superioare de etanșare, pierderi reduse prin frecare și eficiență îmbunătățită în comparație cu tehnologiile tradiționale de etanșare.

Prelucrare petrochimică

În uzinele de procesare petrochimică, etanșările uscate cu gaz sunt folosite în pompe, mixere și alte echipamente rotative. Acestea ajută la menținerea purității procesului, la prevenirea scurgerilor de fluide periculoase sau valoroase și contribuie la siguranța și eficiența generală a instalației.

Gaze industriale

Etanșările uscate cu gaze sunt utilizate în producția, depozitarea și manipularea gazelor industriale, cum ar fi hidrogenul, azotul și oxigenul. Designul lor fără contact și compatibilitatea cu diferite tipuri de gaze le fac potrivite pentru menținerea integrității și purității gazelor pe tot parcursul procesului.