Ce este o etanșare mecanică de înaltă presiune

Ce este o etanșare mecanică de înaltă presiune

O etanșare mecanică de înaltă presiune este o componentă critică a utilajelor care funcționează în condiții de presiune extremă, de obicei peste 50 bar (725 psi). Aceste etanșări sunt proiectate pentru a preveni scurgerile de fluide sau gaze din echipament, rezistând în același timp la forțele imense generate de mediile de înaltă presiune.

Funcția principală a etanșării mecanice de înaltă presiune este de a menține o barieră sigură între fluidul de proces și atmosferă, chiar și în cele mai solicitante condiții. Aceste etanșări constau din două componente principale: o parte staționară (stator) și o parte rotativă (rotor), care sunt presate împreună printr-o combinație de forțe hidraulice și arc. Fețele de etanșare sunt de obicei realizate din materiale dure, rezistente la uzură, cum ar fi carbură de siliciu, carbură de tungsten sau ceramică, care pot rezista la presiuni și temperaturi ridicate întâlnite în aceste aplicații.

Cum funcționează garniturile mecanice de înaltă presiune

Principiul de funcționare al etanșărilor mecanice de înaltă presiune se bazează pe crearea unui film subțire de fluid între fețele staționare și rotative ale etanșării. Pe măsură ce arborele se rotește, inelele de etanșare sunt presate împreună printr-o combinație de forță a arcului și presiunea hidraulică din fluidul de proces. Această presiune face ca o cantitate mică de fluid de proces să se scurgă între fețele de etanșare, creând o peliculă de fluid subțire și stabilă care lubrifiază și răcește fețele, prevenind în același timp scurgerile ulterioare.

Pelicula fluidă dintre fețele de etanșare este menținută printr-un echilibru delicat între presiunea hidraulică, forța arcului și geometria precisă a fețelor de etanșare. Fețele de etanșare sunt lipite la o planeitate foarte mare, de obicei în 2-3 benzi de lumină cu heliu (0,22-0,33 µm), pentru a asigura un contact uniform și a minimiza scurgerea. Inelul de etanșare rotativ este de obicei montat pe arbore cu un burduf flexibil sau alt element de etanșare secundar, care găzduiește nealinierea minoră a arborelui și mișcarea axială, menținând etanșarea.

Ce tip de etanșare mecanică este utilizat pentru aplicații de înaltă presiune

Față în față

Într-un aranjament față în față, două etanșări mecanice sunt instalate cu fețele lor de etanșare orientate una spre cealaltă. Acest aranjament este utilizat în mod obișnuit în aplicațiile de înaltă presiune, deoarece echilibrează forțele hidraulice care acționează pe fețele de etanșare, reducând forța netă de închidere și generarea de căldură. Sigiliile față în față oferă, de asemenea, un grad de redundanță, deoarece a doua etanșare poate acționa ca o rezervă dacă etanșarea primară se defectează.

Spate În Spate

Etanșările spate în spate sunt aranjate cu fețele lor de etanșare orientate una față de cealaltă, cu spațiul dintre etanșări umplut de obicei cu un fluid tampon la o presiune mai mare decât fluidul de proces. Acest aranjament este utilizat atunci când fluidul de proces este periculos, toxic sau sensibil pentru mediu, deoarece orice scurgere din etanșarea primară este conținută de fluidul tampon și etanșarea secundară. Etanșările spate în spate necesită un sistem separat de lichid tampon și conducte și instrumente suplimentare.

Tandem (sau față în spate)

Sigiliile în tandem sau față în spate combină elemente ale aranjamentelor față în față și spate. În această configurație, două etanșări sunt instalate cu fețele lor orientate în direcții opuse, cu etanșarea primară îndreptată spre fluidul de proces și etanșarea secundară îndreptată spre o parte. Spațiul dintre garnituri este de obicei ventilat într-o locație sigură sau conectat la un sistem de lichid tampon la o presiune mai mică decât fluidul de proces. Garniturile tandem oferă atât beneficiile de echilibrare a presiunii ale etanșărilor față în față, cât și caracteristicile de siguranță și de izolare ale etanșărilor spate-la-spate.

Factori care afectează performanța etanșării mecanice de înaltă presiune

Presiunea fluidului de proces pe fețele de etanșare

Pe măsură ce presiunea fluidului crește, forța de închidere pe fețele de etanșare crește, de asemenea, ceea ce duce la sarcini mai mari ale feței, generare crescută de căldură și uzură potențial mai rapidă. Pentru a contracara aceste efecte, etanșările de înaltă presiune încorporează adesea caracteristici precum găuri de echilibrare, caneluri sau orificii pe fețele de etanșare pentru a reduce forța efectivă de închidere și pentru a menține o peliculă de fluid stabilă.

Controlul temperaturii în camera de etanșare

Temperaturile ridicate pot cauza expansiunea termică a componentelor de etanșare, ceea ce duce la creșterea sarcinilor frontale și la uzură. Căldura excesivă poate degrada, de asemenea, proprietățile de lubrifiere ale peliculei de fluid, crescând frecarea și riscul de defectare a etanșării. Pentru a atenua aceste probleme, etanșările de înaltă presiune încorporează adesea cămăși de răcire, schimbătoare de căldură sau sisteme termosifon pentru a îndepărta căldura din camera de etanșare și pentru a menține temperaturi de funcționare stabile.

Lubrifierea și răcirea corespunzătoare a fețelor de etanșare

Pelicula fluidă dintre fețele de etanșare acționează atât ca lubrifiant, cât și ca lichid de răcire, eliminând căldura de frecare și împiedicând contactul direct între fețe. Pentru a asigura o lubrifiere și răcire adecvate, garniturile de înaltă presiune pot include caracteristici precum caneluri spiralate, fante radiale sau microstructuri pe fețele de etanșare pentru a promova circulația fluidului și disiparea căldurii. Selectarea materialelor pentru suprafața de etanșare cu o bună conductivitate termică și proprietăți de auto-lubrifiere, cum ar fi carbura de siliciu sau materialele încărcate cu grafit, poate îmbunătăți, de asemenea, performanța de lubrifiere și răcire.

Sisteme de suport pentru aplicații cu etanșare mecanică de înaltă presiune

Etanșările mecanice de înaltă presiune necesită sisteme de sprijin specializate pentru a asigura performanță și longevitate optime. Aceste sisteme ajută la menținerea condițiilor de funcționare stabile, la prevenirea defecțiunii etanșării și la prelungirea duratei de viață a etanșărilor. O componentă crucială este API Plan 52, care utilizează un rezervor de lichid tampon pentru a oferi un mediu curat, rece și presurizat pentru etanșări.

Sistemul API Plan 52 circulă un fluid tampon compatibil, cum ar fi glicolul sau uleiul, printr-o cameră de etanșare la o presiune mai mare decât fluidul de proces. Această diferență de presiune pozitivă împiedică fluidul de proces să intre în camera de etanșare, minimizând contaminarea și prelungind durata de viață a etanșării. De asemenea, sistemul ajută la disiparea căldurii generate de garnituri, menținând o temperatură stabilă de funcționare.

Alte sisteme de sprijin esențiale pentru etanșările mecanice de înaltă presiune includ:

1. Lubrificarea corectă a feței de etanșare: O lubrifiere adecvată este esențială pentru reducerea frecării și uzurii pe fețele de etanșare. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea fluidelor de barieră, cum ar fi uleiul sau grăsimea, sau prin încorporarea caracteristicilor de lubrifiere în proiectarea etanșării.
2. Controlul temperaturii: Menținerea unei temperaturi constante în camera de etanșare este esențială pentru prevenirea distorsiunii termice și pentru asigurarea alinierii corecte a feței de etanșare. Acest lucru poate fi realizat prin utilizarea cămășilor de răcire, schimbătoarelor de căldură sau unităților de control al temperaturii.
3. Monitorizarea presiunii: Monitorizarea continuă a presiunii din camera de etanșare ajută la detectarea oricăror anomalii sau scurgeri, permițând întreținerea în timp util și prevenind defecțiunile catastrofale.

Aplicații ale etanșării mecanice de înaltă presiune

• Pompe centrifuge: Etanșările mecanice de înaltă presiune sunt utilizate în pompele centrifuge care manipulează fluide de înaltă presiune, cum ar fi pompele de apă de alimentare a cazanelor, pompele de conducte și pompele de injecție în puțurile de petrol și gaze.
• Compresoare: Etanșările mecanice sunt utilizate în compresoarele de înaltă presiune pentru gaze precum hidrogenul, gazul natural și dioxidul de carbon, precum și în compresoarele frigorifice care utilizează agenți frigorifici de înaltă presiune.
• Turbine: Etanșările de înaltă presiune sunt utilizate în turbinele cu abur și cu gaz pentru a preveni scurgerea aburului de înaltă presiune sau a gazelor de ardere din carcasa turbinei.
• Reactoare și vase sub presiune: Etanșările mecanice sunt utilizate în agitatoare, mixere și alte echipamente rotative din reactoare de înaltă presiune și recipiente sub presiune din industria de prelucrare chimică și petrochimică.
• Echipamente submarine: Etanșările de înaltă presiune sunt componente critice în echipamentele de producție submarine de petrol și gaze, cum ar fi pompele submarine, compresoarele și supapele, unde trebuie să reziste la presiuni extreme și la condițiile de mediu dure.
• Sisteme de apă de înaltă presiune: Etanșările mecanice sunt utilizate în pompele și supapele de apă de înaltă presiune în aplicații precum desalinizarea cu osmoză inversă, curățarea la presiune înaltă și tăierea cu jet de apă.

Întrebări frecvente

Care este limita de presiune pentru etanșările mecanice?

În general, etanșările mecanice standard pot suporta presiuni de până la aproximativ 20 bar (290 psi), în timp ce etanșările de înaltă presiune sunt proiectate pentru presiuni cuprinse între 20 și 200 bar (290 până la 2.900 psi) sau mai mari.