Es gibt viele verschiedene Gerätetypen, bei denen eine rotierende Welle, die durch ein stationäres Gehäuse verläuft, abgedichtet werden muss. Zwei gängige Beispiele sind Pumpen und Mischer (oder Rührwerke).
Die Abdichtungsprinzipien verschiedener Anlagenteile sind zwar ähnlich, es gibt jedoch Unterschiede, die unterschiedliche Lösungen erfordern. Dieses Missverständnis hat zu Konflikten geführt, wie beispielsweise der Anrufung des American Petroleum Institute.
Bei der Spezifizierung von Dichtungen für Mischer ist die Norm API 682 (eine Norm für Gleitringdichtungen von Pumpen) zu beachten. Beim Vergleich von Gleitringdichtungen für Pumpen und Mischer ergeben sich einige deutliche Unterschiede zwischen den beiden Kategorien. Beispielsweise weisen freitragende Pumpen im Vergleich zu einem typischen Top-Entry-Mischer (typischerweise in Fuß gemessen) kürzere Abstände (üblicherweise in Zoll) zwischen Laufrad und Radiallager auf.
Diese große, ungestützte Distanz führt zu einer weniger stabilen Plattform mit größerem Rundlauf, größerer senkrechter Fehlausrichtung und Exzentrizität als bei Pumpen. Der erhöhte Rundlauf der Anlage stellt die Konstruktion von Gleitringdichtungen vor besondere Herausforderungen. Was wäre, wenn die Wellendurchbiegung rein radial wäre? Die Konstruktion einer Dichtung für diesen Fall ließe sich leicht realisieren, indem man die Spaltmaße zwischen rotierenden und stationären Bauteilen vergrößert und die Dichtflächen verbreitert. Wie vermutet, ist die Problematik jedoch komplexer. Die seitliche Belastung des/der Laufrads/Laufräder, unabhängig von deren Position auf der Mischerwelle, bewirkt eine Durchbiegung, die sich durch die gesamte Dichtung bis zum ersten Stützpunkt der Welle – dem Radiallager des Getriebes – fortsetzt. Aufgrund der Wellendurchbiegung in Verbindung mit der Pendelbewegung ist die Durchbiegung keine lineare Funktion.
Dies führt zu einer radialen und einer Winkelkomponente, die eine senkrechte Fehlausrichtung an der Dichtung verursacht und Probleme für die Gleitringdichtung hervorrufen kann. Die Durchbiegung lässt sich berechnen, wenn wichtige Eigenschaften der Welle und der Wellenbelastung bekannt sind. Beispielsweise schreibt API 682 vor, dass die radiale Wellendurchbiegung an den Dichtflächen einer Pumpe unter extremsten Bedingungen maximal 0,002 Zoll Gesamtmessbereich (TIR) betragen darf. Normale Werte für einen Top-Entry-Mischer liegen zwischen 0,03 und 0,150 Zoll TIR. Zu den Problemen der Gleitringdichtung, die durch übermäßige Wellendurchbiegung entstehen können, gehören erhöhter Verschleiß der Dichtungskomponenten, Beschädigung stationärer Komponenten durch Kontakt rotierender Bauteile sowie das Rollen und Einklemmen des dynamischen O-Rings (was zu einem spiralförmigen Ausfall des O-Rings oder zum Festklemmen der Dichtfläche führen kann). All dies kann die Lebensdauer der Dichtung verkürzen. Aufgrund der in Mischern auftretenden starken Bewegung können Gleitringdichtungen im Vergleich zu ähnlichen Systemen eine höhere Leckage aufweisen.Pumpendichtungen, was dazu führen kann, dass die Dichtung unnötigerweise gelöst wird und/oder es sogar zu vorzeitigem Ausfall kommt, wenn sie nicht genau überwacht wird.
In manchen Fällen, in denen die enge Zusammenarbeit mit Geräteherstellern und das Verständnis der Gerätekonstruktion den Einsatz von Wälzlagern in Dichtungseinsätzen ermöglicht, um die Winkelabweichung an den Dichtflächen zu begrenzen und diese Probleme zu mindern, ist es wichtig, den richtigen Lagertyp zu wählen und die potenziellen Lagerbelastungen vollständig zu verstehen. Andernfalls kann sich das Problem durch den Einbau eines Lagers verschlimmern oder sogar ein neues Problem verursachen. Dichtungslieferanten sollten eng mit dem Erstausrüster (OEM) und den Lagerherstellern zusammenarbeiten, um eine korrekte Konstruktion sicherzustellen.
Mischdichtungsanwendungen arbeiten typischerweise mit niedrigen Drehzahlen (5 bis 300 Umdrehungen pro Minute [U/min]) und können daher einige herkömmliche Methoden zur Kühlung der Sperrflüssigkeit nicht anwenden. Beispielsweise wird bei einem Plan 53A für Doppeldichtungen die Sperrflüssigkeitszirkulation durch eine interne Fördereinrichtung, wie z. B. eine Axialförderschnecke, gewährleistet. Die Herausforderung besteht darin, dass die Fördereinrichtung auf die Drehzahl der Anlage angewiesen ist, um einen Durchfluss zu erzeugen, und die typischen Mischgeschwindigkeiten nicht hoch genug sind, um nutzbare Durchflussmengen zu generieren. Die gute Nachricht ist, dass die von der Dichtfläche erzeugte Wärme im Allgemeinen nicht die Ursache für den Temperaturanstieg der Sperrflüssigkeit ist.MischdichtungDie Wärmeaufnahme durch den Prozess kann zu erhöhten Temperaturen der Sperrflüssigkeit führen und beispielsweise die unteren Dichtungskomponenten, Dichtflächen und Elastomere anfällig für hohe Temperaturen machen. Die unteren Dichtungskomponenten, wie Dichtflächen und O-Ringe, sind aufgrund ihrer Nähe zum Prozess besonders gefährdet. Nicht die Hitze selbst schädigt die Dichtflächen direkt, sondern die reduzierte Viskosität und damit die verminderte Schmierfähigkeit der Sperrflüssigkeit an den unteren Dichtflächen. Unzureichende Schmierung führt durch Kontakt zu Beschädigungen der Dichtflächen. Durch die Integration weiterer Konstruktionsmerkmale in die Dichtungspatrone können die Temperaturen der Sperrflüssigkeit niedrig gehalten und die Dichtungskomponenten geschützt werden.
Gleitringdichtungen für Mischer können mit internen Kühlspiralen oder -mänteln ausgestattet werden, die in direktem Kontakt mit dem Sperrmedium stehen. Diese Systeme bilden einen geschlossenen Kreislauf mit niedrigem Druck und geringem Durchfluss, durch den Kühlwasser zirkuliert und das als integrierter Wärmetauscher fungiert. Alternativ kann eine Kühlspule in der Dichtungspatrone zwischen den unteren Dichtungskomponenten und der Montagefläche des Geräts verwendet werden. Eine Kühlspule ist ein Hohlraum, durch den Kühlwasser unter niedrigem Druck fließen kann, um eine isolierende Barriere zwischen Dichtung und Behälter zu schaffen und so die Wärmeaufnahme zu begrenzen. Eine korrekt ausgelegte Kühlspule kann übermäßige Temperaturen verhindern, die zu Schäden führen können.Siegelflächenund Elastomeren. Die Wärmeaufnahme durch den Prozess führt stattdessen zu einem Anstieg der Temperatur der Barriereflüssigkeit.
Diese beiden Konstruktionsmerkmale können einzeln oder in Kombination zur Temperaturkontrolle an der Gleitringdichtung eingesetzt werden. Häufig werden Gleitringdichtungen für Mischer gemäß API 682, 4. Ausgabe, Kategorie 1, spezifiziert, obwohl diese Maschinen die Konstruktionsanforderungen der API 610/682 hinsichtlich Funktion, Abmessungen und/oder Mechanik nicht erfüllen. Dies liegt möglicherweise daran, dass Anwender mit API 682 als Dichtungsspezifikation vertraut sind und andere, für diese Maschinen/Dichtungen besser geeignete Branchennormen nicht kennen. Process Industry Practices (PIP) und das Deutsche Institut für Normung (DIN) sind zwei Branchenstandards, die für diese Dichtungstypen besser geeignet sind. Die DIN-Normen 28138/28154 werden in Europa seit Langem für Mischerhersteller spezifiziert, und PIP RESM003 hat sich als Spezifikationsanforderung für Gleitringdichtungen in Mischanlagen etabliert. Außerhalb dieser Spezifikationen gibt es keine allgemein anerkannten Industriestandards, was zu einer großen Vielfalt an Dichtungskammerabmessungen, Bearbeitungstoleranzen, Wellendurchbiegungen, Getriebekonstruktionen, Lageranordnungen usw. führt, die von OEM zu OEM variieren.
Der Standort und die Branche des Nutzers bestimmen maßgeblich, welche dieser Spezifikationen für seinen Standort am besten geeignet ist.Mechanische Dichtungen von MischernDie Spezifikation von API 682 für eine Mischerdichtung kann unnötige Zusatzkosten und Komplikationen verursachen. Zwar ist es möglich, eine API 682-konforme Standarddichtung in eine Mischerkonfiguration zu integrieren, doch führt dieser Ansatz häufig zu Kompromissen sowohl hinsichtlich der Einhaltung von API 682 als auch der Eignung der Konstruktion für Mischeranwendungen. Abbildung 3 zeigt die Unterschiede zwischen einer API 682 Kategorie 1 Dichtung und einer typischen Mischer-Gleitringdichtung.
Veröffentlichungsdatum: 26. Oktober 2023