Um die Leckage von Kreiselpumpen zu verstehen, ist es wichtig, zunächst deren grundlegende Funktionsweise zu kennen. Beim Eintritt durch das Laufradauge und den Laufradschaufeln herrscht im Pumpengehäuse ein niedriger Druck und eine geringe Strömungsgeschwindigkeit. Beim Durchströmen des Spiralgehäuses steigen Druck und Strömungsgeschwindigkeit. Am Auslass tritt das Medium aus, wobei der Druck hoch, die Strömungsgeschwindigkeit jedoch geringer ist. Das in die Pumpe einströmende Medium muss auch wieder aus der Pumpe austreten. Die Pumpe erzeugt eine Förderhöhe (oder einen Druck), wodurch die Energie des Fördermediums erhöht wird.
Bestimmte Komponentenausfälle einer Kreiselpumpe, wie z. B. Kupplungs-, Hydraulik- und statische Verbindungen sowie Lager, führen zum Ausfall des gesamten Systems. Ungefähr 69 Prozent aller Pumpenausfälle sind jedoch auf eine Fehlfunktion der Dichtungseinrichtung zurückzuführen.
DER BEDARF AN MECHANISCHEN DICHTUNGEN
Eine mechanische DichtungEine Gleitringdichtung dient der Leckagekontrolle zwischen einer rotierenden Welle und einem flüssigkeits- oder gasgefüllten Behälter. Ihre Hauptaufgabe ist die Leckagebegrenzung. Alle Dichtungen weisen eine gewisse Leckage auf – dies ist notwendig, um einen Schmierfilm über die gesamte Gleitringdichtung aufrechtzuerhalten. Die Leckage auf der atmosphärischen Seite ist relativ gering; die Leckage in einem Kohlenwasserstoffbehälter wird beispielsweise mit einem VOC-Messgerät in ppm (Teilen pro Million) gemessen.
Vor der Entwicklung von Gleitringdichtungen dichteten Ingenieure Pumpen üblicherweise mit Stopfbuchsen ab. Diese Stopfbuchsen, ein faseriges Material, meist mit einem Schmierstoff wie Graphit imprägniert, wurden in Segmente geschnitten und in eine sogenannte Stopfbuchse gefüllt. Anschließend wurde auf der Rückseite eine Stopfbuchsenmutter angebracht, um alles abzudichten. Da die Stopfbuchse in direktem Kontakt mit der Welle steht, benötigt sie Schmierung, führt aber dennoch zu Leistungsverlusten.
Üblicherweise ermöglicht ein „Laternenring“ das Spülen der Dichtung mit Wasser. Dieses Wasser, das zur Schmierung und Kühlung der Welle benötigt wird, tritt entweder in den Prozess oder in die Atmosphäre aus. Je nach Anwendung kann Folgendes erforderlich sein:
- Leiten Sie das Spülwasser vom Prozess weg, um eine Kontamination zu vermeiden.
- verhindern, dass sich Spülwasser auf dem Boden sammelt (Sprühnebel), was sowohl ein Problem der Arbeitsschutzbehörde als auch der Sauberkeit darstellt.
- Das Lagergehäuse muss vor Spülwasser geschützt werden, da dieses das Öl verunreinigen und letztendlich zu einem Lagerausfall führen kann.
Wie bei jeder Pumpe sollten Sie auch Ihre Pumpe testen, um die jährlichen Betriebskosten zu ermitteln. Eine Stopfbuchsenpumpe mag zwar in der Anschaffung und Wartung günstig sein, doch wenn Sie berechnen, wie viel Wasser sie pro Minute oder pro Jahr verbraucht, werden Sie von den Kosten überrascht sein. Eine Gleitringdichtungspumpe kann Ihnen hingegen potenziell viel Geld sparen.
Aufgrund der allgemeinen Geometrie einer Gleitringdichtung besteht überall dort, wo eine Dichtung oder ein O-Ring vorhanden ist, eine potenzielle Leckstelle:
- Ein erodierter, abgenutzter oder beschädigter dynamischer O-Ring (oder eine Dichtung) aufgrund der Bewegung der Gleitringdichtung.
- Schmutz oder Verunreinigungen zwischen den Gleitringdichtungen.
- Ein nicht bestimmungsgemäßer Betrieb innerhalb der Gleitringdichtungen.
DIE FÜNF ARTEN VON DICHTUNGSVORRICHTUNGSAUSFÄLLEN
Wenn die Kreiselpumpe ein unkontrolliertes Leck aufweist, müssen Sie alle möglichen Ursachen gründlich überprüfen, um festzustellen, ob eine Reparatur oder eine Neuinstallation erforderlich ist.
1. Betriebsstörungen
Vernachlässigung des optimalen Wirkungsgradpunkts: Betreiben Sie die Pumpe am optimalen Wirkungsgradpunkt (BEP) gemäß ihrer Leistungskennlinie? Jede Pumpe ist für einen spezifischen Wirkungsgradpunkt ausgelegt. Wird die Pumpe außerhalb dieses Bereichs betrieben, entstehen Durchflussprobleme, die zum Ausfall des Systems führen können.
Unzureichende Netto-Saughöhe (NPSH): Wenn die Saughöhe Ihrer Pumpe nicht ausreicht, kann die rotierende Baugruppe instabil werden, Kavitation verursachen und zu einem Dichtungsausfall führen.
Mit leerem Kopf arbeiten:Wenn Sie das Regelventil zu niedrig einstellen, um die Pumpe zu drosseln, kann dies den Durchfluss unterbrechen. Ein unterbrochener Durchfluss führt zu einer Rezirkulation innerhalb der Pumpe, wodurch Wärme entsteht und Dichtungsschäden begünstigt werden.
Trockenlauf und unzureichende Dichtungsentlüftung: Vertikalpumpen sind besonders anfällig, da sich die Gleitringdichtung oben befindet. Bei unzureichender Entlüftung kann sich Luft um die Dichtung herum ansammeln und nicht über die Stopfbuchse entweichen. Läuft die Pumpe unter diesen Bedingungen weiter, versagt die Gleitringdichtung bald.
Niedrige Dampfmarge:Es handelt sich hierbei um leicht entzündliche Flüssigkeiten; heiße Kohlenwasserstoffe entzünden sich beim Kontakt mit der Atmosphäre. Wenn der Flüssigkeitsfilm über die Gleitringdichtung fließt, kann er sich auf der Atmosphärenseite entzünden und zu einem Ausfall führen. Dieser Ausfall tritt häufig bei Kesselspeisewassersystemen auf – heißes Wasser mit einer Temperatur von 121–138 °C entzündet sich aufgrund des Druckabfalls an den Dichtflächen.
2. Mechanische Ausfälle
Wellenfluchtungsfehler, Kupplungsunwucht und Laufradunwucht können allesamt zu Ausfällen der Gleitringdichtung führen. Darüber hinaus belasten falsch ausgerichtete, angeschraubte Rohrleitungen die Pumpe nach der Installation stark. Achten Sie außerdem auf ein mangelhaftes Fundament: Ist es stabil? Ist es ordnungsgemäß verfugt? Ist der Standfuß weich? Sind die Schrauben korrekt angezogen? Prüfen Sie schließlich die Lager. Bei nachlassendem Lagerspiel bewegen sich die Wellen und verursachen Vibrationen in der Pumpe.
3. Ausfälle von Dichtungskomponenten
Haben Sie ein gutes tribologisches Dichtpaar (Reibungslehre)? Haben Sie die richtigen Dichtflächenkombinationen gewählt? Wie steht es um die Qualität des Dichtflächenmaterials? Sind Ihre Materialien für Ihre spezifische Anwendung geeignet? Haben Sie die passenden Sekundärdichtungen, wie z. B. Dichtungsringe und O-Ringe, ausgewählt, die für chemische und thermische Einflüsse geeignet sind? Ihre Federn dürfen nicht verstopft und Ihre Faltenbälge nicht korrodiert sein. Achten Sie schließlich auf Verformungen der Dichtflächen durch Druck oder Hitze, da sich eine Gleitringdichtung unter hohem Druck verformen kann und das verzerrte Profil zu Leckagen führen kann.
4. Systemdesignfehler
Sie benötigen eine ordnungsgemäße Dichtungsspülung sowie ausreichende Kühlung. Doppelsysteme verwenden Sperrflüssigkeiten; der Hilfsdichtungsbehälter muss an der richtigen Stelle positioniert sein und über die korrekte Instrumentierung und Verrohrung verfügen. Die Länge des geraden Rohrabschnitts am Sauganschluss ist zu berücksichtigen – einige ältere Pumpensysteme, die oft als Kompaktanlage geliefert wurden, weisen am Sauganschluss, kurz vor dem Eintritt des Förderstroms in das Laufradauge, einen 90°-Rohrbogen auf. Dieser Bogen verursacht eine turbulente Strömung, die zu Instabilitäten in der rotierenden Baugruppe führt. Sämtliche Saug-, Druck- und Bypassleitungen müssen ebenfalls korrekt ausgelegt sein, insbesondere wenn Rohre im Laufe der Jahre repariert wurden.
5. Alles andere
Sonstige Faktoren sind nur für etwa 8 Prozent aller Ausfälle verantwortlich. Beispielsweise sind Hilfssysteme mitunter erforderlich, um für eine Gleitringdichtung ein geeignetes Betriebsumfeld zu gewährleisten. Bei Dualsystemen wird ein Hilfsfluid benötigt, das als Barriere dient und das Austreten von Verunreinigungen oder Prozessflüssigkeit in die Umgebung verhindert. Für die meisten Anwender bietet die Behebung eines der ersten vier Probleme jedoch die benötigte Lösung.
ABSCHLUSS
Gleitringdichtungen spielen eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit rotierender Maschinen. Sie sind nicht nur für Leckagen und Systemausfälle verantwortlich, sondern weisen auch auf Probleme hin, die später zu schwerwiegenden Schäden führen können. Die Zuverlässigkeit der Dichtung hängt maßgeblich von ihrer Konstruktion und den Betriebsbedingungen ab.
Veröffentlichungsdatum: 26. Juni 2023