Ce este etanșarea mecanică

O etanșare mecanică este o componentă critică a echipamentelor rotative care previne scurgerea fluidului și conține presiune. Aceste etanșări sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii, inclusiv petrol și gaze, procesare chimică și tratare a apei, unde asigură funcționarea fiabilă și eficientă a pompelor, compresoarelor și a altor utilaje.

Designul și funcția etanșărilor mecanice au evoluat semnificativ de-a lungul anilor, progresele în știința materialelor și ingineriei conducând la performanță și longevitate îmbunătățite. În această postare pe blog, vom aprofunda în complexitatea etanșărilor mecanice, explorând principiile fundamentale, componentele cheie și funcțiile acestora.

Ce este o etanșare mecanică

O etanșare mecanică este un tip de dispozitiv de etanșare utilizat pentru a preveni scurgerea fluidelor de-a lungul arborilor rotativi, în special în pompe centrifuge și alte echipamente rotative. Este alcătuit din două componente principale: un inel de etanșare staționar montat în carcasa pompei și un inel de etanșare rotativ atașat la arbore. Aceste două inele formează o interfață de etanșare, creând o barieră între fluidul de proces și atmosferă.

Etanșările mecanice servesc ca o alternativă superioară la etanșarea tradițională a presetupei, oferind performanțe de etanșare mai bune și cerințe de întreținere reduse. Sunt proiectate pentru a conține fluide în interiorul pompei, permițând în același timp arborelui să se rotească liber, reducând la minimum frecarea și uzura. Prin etanșarea eficientă a arborelui pompei, etanșările mecanice ajută la prevenirea scurgerilor de lichid, care pot duce la pierderea produsului, contaminarea mediului și pericole pentru siguranță.

Acțiunea de etanșare a unei etanșări mecanice se bazează pe planeitatea și netezimea precisă a fețelor de etanșare. Fețele de etanșare rotative și staționare sunt presate împreună printr-o combinație de forțe hidraulice și de arc, creând o peliculă subțire de fluid între ele. Acest film fluid acționează ca o barieră, prevenind scurgerile în timp ce lubrifiază fețele de etanșare pentru a minimiza uzura și frecarea.

Cum funcționează garniturile mecanice

Etanșările mecanice sunt concepute pentru a conține fluidul într-o carcasă sau vas de pompă prin crearea unei etanșări între părțile staționare și rotative ale echipamentului. Fețele de etanșare primară, constând dintr-un inel de etanșare staționar și un inel de etanșare rotativ, sunt perpendiculare pe arbore și formează o interfață de etanșare. Aceste fețe de etanșare sunt împinse împreună de o combinație de forțe hidraulice din fluidul etanșat și presiunea arcului din mecanismul arcului etanșării.

Fețele de etanșare primară sunt de obicei realizate din materiale dure, rezistente la uzură, cum ar fi carbură de siliciu, carbură de tungsten sau grafit de carbon. Aceste materiale sunt prelucrate cu precizie pentru a crea o suprafață de etanșare plană și netedă. Pe măsură ce arborele se rotește, o peliculă subțire de fluid este trasă între fețele de etanșare, lubrifiindu-le și împiedicând contactul direct. Această peliculă fluidă, împreună cu forțele hidraulice și ale arcului, ajută la menținerea integrității etanșării și previne scurgerile.

Etanșările secundare, cum ar fi inelele O, garniturile cu pană sau burdufurile elastomerice, sunt utilizate pentru a etanșa între componentele staționare și rotative ale ansamblului de etanșare mecanică. Aceste etanșări secundare previn scurgerile între fețele de etanșare și carcasa pompei sau manșonul arborelui. Ele găzduiesc, de asemenea, mișcări minore ale arborelui și alinieri greșite, asigurând că fețele de etanșare primară rămân în contact adecvat.

În unele modele de etanșare mecanică, cum ar fi etanșările duble sau etanșările tandem, etanșările suplimentare sunt utilizate pentru a asigura o protecție sporită împotriva scurgerilor sau pentru a etanșa un fluid de barieră. Fluidul de barieră, care este de obicei curat și compatibil cu fluidul de proces, este menținut la o presiune mai mare decât fluidul de proces pentru a preveni contaminarea și pentru a asigura lubrifierea fețelor de etanșare.

Componentele garniturii mecanice

Garniturile mecanice constau din mai multe componente cheie care lucrează împreună pentru a asigura o etanșare eficientă și pentru a preveni scurgerile. Aceste componente includ:

• Fețe de etanșare primară: Fețele de etanșare primară sunt inima unei etanșări mecanice. Fabricate din materiale precum carbură de siliciu, carbură de tungsten sau grafit de carbon, aceste suprafețe suprapuse cu precizie creează o interfață de etanșare dinamică care împiedică scăparea fluidului de-a lungul arborelui rotativ. Fața staționară este de obicei montată în carcasa presetupei sau a etanșării, în timp ce fața rotativă este atașată la arborele sau la manșonul arborelui.
• Sigilii secundare: Sigilii secundare, cunoscute și ca sigilii statice, sunt responsabile pentru etanșarea între componentele staționare și prevenirea scurgerilor în atmosferă. Aceste etanșări pot fi realizate din materiale elastomerice, cum ar fi inele O, inele V sau pene PTFE. În unele modele, burdufurile metalice sau elastomerele sunt folosite ca etanșări secundare pentru a se adapta mișcărilor arborelui și pentru a oferi etanșare suplimentară.
• Mecanism cu arc: Mecanismul cu arc aplică o forță constantă pe fețele de etanșare primară, asigurând contactul și etanșarea corespunzătoare. Această forță este esențială pentru menținerea decalajului față de etanșare și pentru adaptarea oricăror dezechilibre ale arborelui sau ajustări axiale ale arborelui. Tipurile comune de arcuri includ arcuri elicoidale, arcuri ondulate și burduf metalic.
• Hardware suport: Garniturile mecanice se bazează pe diverse componente de sprijin pentru a funcționa eficient. Acestea includ glande de etanșare, inele de reținere, coliere de antrenare și știfturi anti-rotație. Glandul de etanșare oferă o suprafață de montare pentru fața staționară a etanșării și ajută la alinierea componentelor etanșării. Inelele de reținere și colierele de antrenare fixează componentele rotative pe arbore, în timp ce știfturile anti-rotație împiedică rotirea nedorită a feței de etanșare.

Funcțiile garniturii mecanice

Funcția de etanșare primară

Funcția principală a etanșării mecanice este de a reține fluidul de proces în pompă sau echipament și de a preveni scurgerile de-a lungul arborelui rotativ. Fețele de etanșare primară creează o interfață de etanșare dinamică care menține o peliculă subțire de fluid între fețele staționare și cele rotative. Acest film fluid, generat de acțiunea de pompare și de geometria feței de etanșare, previne contactul direct între fețe și minimizează uzura, permițând în același timp etanșarea eficientă.

Etanșarea și alinierea arborelui

Etanșările mecanice asigură o etanșare eficientă în jurul arborilor rotativi, adaptând vitezele arborelui și permitând mișcarea limitată a arborelui. Componentele de etanșare, cum ar fi garniturile secundare și mecanismul cu arc, permit un anumit grad de dezaliniere a arborelui și reglarea axială a arborelui, menținând în același timp un mediu de etanșare adecvat.

Compatibilitatea fluidelor și izolare

Garniturile mecanice sunt proiectate pentru a gestiona o gamă largă de fluide, inclusiv apă, hidrocarburi, substanțe chimice și lichide abrazive. Materialele feței de etanșare și etanșările secundare sunt selectate pe baza compatibilității lor cu fluidul de proces, asigurând performanțe optime de etanșare și longevitate.

Managementul presiunii și temperaturii

Etanșările mecanice sunt capabile să funcționeze într-o gamă largă de presiuni și temperaturi. Componentele de etanșare, cum ar fi fețele de etanșare primară, etanșările secundare și hardware-ul de susținere, sunt proiectate pentru a rezista cerințelor specifice de presiune și temperatură ale aplicației. În aplicațiile de înaltă presiune, modelele de etanșare echilibrate sunt adesea folosite pentru a minimiza forța de închidere pe fețele etanșării, reducând uzura și prelungind durata de viață a etanșării.

Beneficiile utilizării etanșărilor mecanice

Rate reduse de scurgere

Unul dintre avantajele principale ale utilizării etanșărilor mecanice este capacitatea lor de a reduce semnificativ ratele de scurgere în comparație cu metodele tradiționale de ambalare. Interfața de etanșare dinamică creată de fețele de etanșare primară minimizează evacuarea fluidului, asigurând o reținere eficientă a fluidului de proces. Această reducere a scurgerilor nu numai că îmbunătățește eficiența generală a sistemului de pompare, ci și minimizează impactul asupra mediului și sporește siguranța la locul de muncă.

Costuri mai mici de întreținere

Etanșările mecanice oferă costuri de întreținere mai mici în comparație cu alte metode de etanșare, cum ar fi etanșarea glandelor. Componentele proiectate cu precizie și materialele avansate ale feței de etanșare utilizate în etanșările mecanice au ca rezultat o durată de viață mai lungă și o uzură redusă, minimizând nevoia de înlocuiri frecvente a etanșării. În plus, ratele reduse de scurgere asociate cu etanșările mecanice ajută la prevenirea deteriorării rulmenților și a altor componente ale pompei, reducând și mai mult cerințele și costurile de întreținere.

Eficiență operațională sporită

Utilizarea etanșărilor mecanice contribuie la creșterea eficienței operaționale în sistemele de pompare. Prin menținerea unui mediu de etanșare adecvat și minimizarea scurgerilor, etanșările mecanice reduc consumul de energie și îmbunătățesc performanța generală a pompei. Etanșarea eficientă oferită de etanșările mecanice ajută, de asemenea, la prevenirea contaminării fluidului de proces, menținând calitatea produsului și reducând riscul întreruperii procesului.

Longevitate și durabilitate

Garniturile mecanice sunt proiectate pentru longevitate și durabilitate, oferind o durată de viață extinsă în aplicații solicitante. Materialele de înaltă calitate utilizate în construcția etanșării, cum ar fi carbura de siliciu, carbura de tungsten și materialele plastice proiectate, oferă o rezistență excelentă la uzură și compatibilitate chimică. Designul robust al etanșărilor mecanice, combinat cu instalarea și întreținerea corespunzătoare, asigură performanțe de etanșare fiabile pe o perioadă lungă de timp, reducând timpul de nefuncționare și costurile de înlocuire.

Tipuri de etanșări mecanice

Sigilii unice

Etanșările mecanice unice, cunoscute și sub denumirea de garnituri componente, constau dintr-un singur set de fețe de etanșare care asigură o interfață de etanșare dinamică între arborele rotativ și carcasa staționară. Aceste etanșări sunt utilizate de obicei în aplicații cu fluide curate, neabrazive și condiții moderate de temperatură și presiune.

Garniturile simple pot fi fie echilibrate, fie dezechilibrate, în funcție de distribuția presiunii pe fețele de etanșare. Garniturile echilibrate au presiune egală pe ambele părți ale fețelor de etanșare, reducând uzura și prelungind durata de viață a etanșării. Garniturile dezechilibrate au o presiune mai mare pe o parte, ceea ce poate duce la o uzură crescută și o durată de viață mai scurtă a garniturii.

Sigilii duble

Etanșări mecanice duble prezintă două seturi de fețe de etanșare, oferind un strat suplimentar de protecție împotriva scurgerilor. Spațiul dintre cele două seturi de fețe de etanșare este umplut cu un fluid de barieră, care poate fi fie un lichid, fie un gaz. Lichidul de barieră servește la lubrifierea și răcirea fețelor de etanșare, precum și pentru a preveni pătrunderea fluidului de proces în atmosferă.

Etanșările duble sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații cu fluide periculoase, toxice sau scumpe, unde scurgerile trebuie reduse la minimum. Ele pot fi, de asemenea, utilizate în aplicații de înaltă presiune sau temperatură înaltă, unde o singură etanșare poate să nu ofere o performanță adecvată de etanșare.

Pusher vs. Garnituri fără împingere

Garniturile împingătoare, cunoscute și sub numele de etanșări convenționale, folosesc un mecanism cu arc pentru a menține contactul între fețele de etanșare. Arcul împinge fața rotativă a etanșării pe fața staționară a etanșării, asigurând o etanșare etanșă. Garniturile împingătoare sunt utilizate pe scară largă datorită simplității și rentabilității lor.

Garniturile fără împingere, cum ar fi garniturile cu burduf și garniturile metalice cu burduf, utilizează un element flexibil pentru a menține contactul între fețele de etanșare. Elementul flexibil, realizat de obicei din materiale elastomerice sau metalice, acționează atât ca un arc, cât și ca o etanșare secundară. Garniturile fără împingere oferă o performanță mai bună în aplicații cu denivelare mare sau nealiniere a arborelui, deoarece elementul flexibil poate face față acestor nereguli.

Sigilii pentru cartuș

Garniturile cu cartuș sunt unități pre-asamblate care combină toate componentele unei etanșări mecanice într-un singur pachet, ușor de instalat. Acestea constau din fețele de etanșare, garnituri secundare, mecanism de arc și feronerie de susținere, toate găzduite într-un singur ansamblu.

Garniturile cu cartuș oferă mai multe avantaje față de garniturile componente, inclusiv o instalare mai ușoară, fiabilitate îmbunătățită și costuri de întreținere reduse. Sunt deosebit de utile în aplicațiile în care este necesară înlocuirea frecventă a etanșării, deoarece pot fi instalate rapid și ușor, fără a fi nevoie de unelte specializate sau expertiză.

Sigilii despicate

Sigilii despicate sunt proiectate pentru a fi instalate în jurul unui arbore fără a fi necesară dezasamblarea completă a echipamentului. Acestea constau din două sau mai multe piese care pot fi asamblate în jurul arborelui, făcându-le ideale pentru aplicațiile în care înlocuirea etanșării trebuie efectuată rapid și cu timp de nefuncționare minim.

Garniturile separate sunt utilizate în mod obișnuit în echipamente mari și costisitoare, cum ar fi pompele, compresoarele și agitatoarele, unde dezasamblarea completă ar fi consumatoare de timp și costisitoare. Sunt utile și în aplicațiile în care echipamentul nu poate fi ușor mutat sau accesat, cum ar fi instalațiile subterane sau offshore.

Aplicații ale etanșărilor mecanice

Ulei si gaz

În industria petrolului și gazelor, etanșările mecanice sunt utilizate în pompe și compresoare care manipulează hidrocarburi, fluide de foraj și alte medii de proces. Aceste garnituri sunt proiectate pentru a rezista la presiuni ridicate, temperaturi și condiții abrazive întâlnite în mod obișnuit în acest sector. Garniturile mecanice specializate, cum ar fi garniturile API 682, sunt proiectate pentru a satisface cerințele stricte ale industriei petroliere.

Prelucrare chimică

Instalațiile de procesare chimică se bazează pe etanșări mecanice pentru a conține și a preveni scurgerea diferitelor substanțe chimice, solvenți și reactivi. Aceste etanșări trebuie să fie compatibile cu fluidele de proces și să reziste la coroziune, eroziune și atac chimic. Etanșările mecanice duble cu fluide de barieră sunt adesea folosite pentru a oferi un strat suplimentar de protecție împotriva scurgerilor și pentru a asigura conformitatea cu reglementările de mediu.

Tratarea apei

În aplicațiile de tratare a apei, etanșările mecanice joacă un rol crucial în etanșarea pompelor și a altor echipamente care manipulează apă, ape uzate și diferite substanțe chimice de tratare. Aceste etanșări trebuie să poată rezista la expunerea la clor, acizi și alte substanțe corozive, prevenind în același timp contaminarea alimentării cu apă. Garniturile cu cartuș sunt utilizate în mod obișnuit în această industrie pentru ușurința lor de instalare și întreținere.

Mancare si bautura

Industria alimentară și a băuturilor necesită etanșări mecanice care să îndeplinească standarde stricte de igienă și salubritate. Aceste etanșări trebuie să fie proiectate pentru a preveni dezvoltarea bacteriilor, pentru a rezista la cicluri frecvente de curățare și sterilizare și pentru a menține puritatea produsului. Etanșările mecanice simple și duble realizate din materiale aprobate de FDA, cum ar fi oțel inoxidabil și elastomeri speciali, sunt utilizate pe scară largă în acest sector pentru a asigura siguranța produsului și conformitatea cu reglementările.