Es gibt viele verschiedene Arten von Geräten, bei denen eine rotierende Welle abgedichtet werden muss, die durch ein stationäres Gehäuse verläuft. Zwei gängige Beispiele sind Pumpen und Mischer (oder Rührwerke). Während die grundlegenden
Prinzipien der Abdichtung verschiedener Geräte sind ähnlich, gibt es Unterschiede, die unterschiedliche Lösungen erfordern. Dieses Missverständnis hat zu Konflikten geführt, wie zum Beispiel der Berufung auf das American Petroleum Institute
(API) 682 (ein Standard für Gleitringdichtungen für Pumpen) bei der Spezifikation von Dichtungen für Mischer. Bei der Betrachtung von Gleitringdichtungen für Pumpen im Vergleich zu Mischern gibt es einige offensichtliche Unterschiede zwischen den beiden Kategorien. Beispielsweise haben fliegend gelagerte Pumpen kürzere Abstände (normalerweise in Zoll gemessen) vom Laufrad zum Radiallager als ein typischer Mischer mit oberem Eintritt (normalerweise in Fuß gemessen).
Diese lange ungestützte Distanz führt zu einer weniger stabilen Plattform mit größerem Rundlauf, rechtwinkligem Fluchtungsfehler und größerer Exzentrizität als bei Pumpen. Der erhöhte Rundlauf der Ausrüstung stellt Gleitringdichtungen vor einige konstruktive Herausforderungen. Was wäre, wenn die Wellendurchbiegung rein radial wäre? Eine Dichtung für diesen Fall ließe sich leicht konstruieren, indem man die Abstände zwischen rotierenden und stationären Komponenten vergrößert und die Gleitflächen der Dichtungsflächen verbreitert. Wie vermutet, ist die Sache nicht so einfach. Seitliche Belastungen des/der Impeller(s) – egal, wo auf der Mischerwelle sie sich befinden – verursachen eine Durchbiegung, die sich durch die gesamte Dichtung bis zum ersten Punkt der Wellenunterstützung – dem Radiallager des Getriebes – überträgt. Wegen der Wellendurchbiegung und der Pendelbewegung ist die Durchbiegung keine lineare Funktion.
Dies hat eine radiale und eine winkelige Komponente, die eine senkrechte Fehlausrichtung an der Dichtung verursacht, die wiederum Probleme für die Gleitringdichtung verursachen kann. Die Durchbiegung kann berechnet werden, wenn wichtige Eigenschaften der Welle und der Wellenbelastung bekannt sind. Beispielsweise besagt API 682, dass die radiale Wellendurchbiegung an den Dichtungsflächen einer Pumpe unter härtesten Bedingungen höchstens 0,002 Zoll (TIR) betragen sollte. Normale Bereiche für einen Top-Entry-Mischer liegen zwischen 0,03 und 0,150 Zoll (TIR). Probleme innerhalb der Gleitringdichtung, die durch übermäßige Wellendurchbiegung auftreten können, sind erhöhter Verschleiß der Dichtungskomponenten, der Kontakt rotierender Komponenten mit beschädigten stationären Komponenten, das Rollen und Einklemmen des dynamischen O-Rings (was zu einem Spiralbruch des O-Rings oder einem Hängenbleiben der Dichtungsfläche führt). All dies kann die Lebensdauer der Dichtung verkürzen. Aufgrund der in Mischern inhärenten übermäßigen Bewegung können Gleitringdichtungen im Vergleich zu ähnlichen Dichtungen mehr Leckagen aufweisen.Pumpendichtungen, was dazu führen kann, dass die Dichtung unnötig gezogen wird und/oder es bei mangelnder Überwachung sogar zu vorzeitigen Ausfällen kommt.
In enger Zusammenarbeit mit Anlagenherstellern und bei Kenntnis der Anlagenkonstruktion kann es vorkommen, dass Wälzlager in Dichtungspatronen integriert werden, um die Winkligkeit an den Dichtflächen zu begrenzen und diese Probleme zu mildern. Dabei ist auf den Einsatz des richtigen Lagertyps und die Kenntnis der potenziellen Lagerbelastungen zu achten. Andernfalls kann sich das Problem durch den Einbau eines Lagers verschlimmern oder sogar neu entstehen. Dichtungsanbieter sollten eng mit OEMs und Lagerherstellern zusammenarbeiten, um eine optimale Konstruktion sicherzustellen.
Mischerdichtungen arbeiten typischerweise mit niedriger Drehzahl (5 bis 300 Umdrehungen pro Minute [U/min]) und können daher nicht mit herkömmlichen Methoden zur Kühlung der Sperrflüssigkeit verwendet werden. Beispielsweise wird in Plan 53A für Doppeldichtungen die Sperrflüssigkeitszirkulation durch eine interne Pumpvorrichtung, beispielsweise eine axiale Förderschnecke, gewährleistet. Die Herausforderung besteht darin, dass die Pumpvorrichtung zur Erzeugung eines Durchflusses auf die Drehzahl der Anlage angewiesen ist und die typischen Mischgeschwindigkeiten nicht hoch genug sind, um brauchbare Durchflussraten zu erzeugen. Die gute Nachricht ist, dass die von der Dichtungsfläche erzeugte Wärme im Allgemeinen nicht die Ursache für den Temperaturanstieg der Sperrflüssigkeit ist.Mischerdichtung. Es ist die Wärmeaufnahme durch den Prozess, die zu erhöhten Temperaturen der Sperrflüssigkeit führen und beispielsweise untere Dichtungskomponenten, Gleitflächen und Elastomere anfällig für hohe Temperaturen machen kann. Die unteren Dichtungskomponenten wie Gleitflächen und O-Ringe sind aufgrund ihrer Nähe zum Prozess anfälliger. Es ist nicht die Hitze, die die Dichtungsflächen direkt beschädigt, sondern die verringerte Viskosität und damit Schmierfähigkeit der Sperrflüssigkeit an den unteren Dichtungsflächen. Mangelnde Schmierung führt durch Kontakt zu Oberflächenschäden. Weitere Konstruktionsmerkmale können in die Dichtungspatrone integriert werden, um die Barrieretemperaturen niedrig zu halten und die Dichtungskomponenten zu schützen.
Gleitringdichtungen für Mischer können mit internen Kühlschlangen oder -mänteln ausgestattet werden, die in direktem Kontakt mit der Sperrflüssigkeit stehen. Diese Systeme bilden einen geschlossenen Kreislauf mit niedrigem Druck und geringem Durchfluss, durch den Kühlwasser zirkuliert und als integrierter Wärmetauscher fungiert. Eine andere Methode ist der Einsatz einer Kühlspule in der Dichtungspatrone zwischen den unteren Dichtungskomponenten und der Montagefläche des Geräts. Eine Kühlspule ist ein Hohlraum, durch den Niederdruck-Kühlwasser fließen kann, um eine isolierende Barriere zwischen Dichtung und Behälter zu bilden und so die Wärmeaufnahme zu begrenzen. Eine richtig konstruierte Kühlspule kann übermäßige Temperaturen verhindern, die zu Schäden an der Dichtung führen können.Dichtflächenund Elastomere. Die Wärmeaufnahme durch den Prozess führt stattdessen zu einem Anstieg der Temperatur der Sperrflüssigkeit.
Diese beiden Konstruktionsmerkmale können zusammen oder einzeln verwendet werden, um die Temperatur an der Gleitringdichtung zu regeln. Gleitringdichtungen für Mischer werden häufig nach API 682, 4. Ausgabe, Kategorie 1, spezifiziert, obwohl diese Maschinen funktional, maßlich und/oder mechanisch nicht den Konstruktionsanforderungen von API 610/682 entsprechen. Das kann daran liegen, dass Endbenutzer mit API 682 als Dichtungsspezifikation vertraut sind und einige der Industriespezifikationen nicht kennen, die für diese Maschinen/Dichtungen eher gelten. Process Industry Practices (PIP) und Deutsches Institut für Normung (DIN) sind zwei Industrienormen, die für diese Art von Dichtungen besser geeignet sind – die Normen DIN 28138/28154 sind seit langem für Mischer-OEMs in Europa spezifiziert und PIP RESM003 wird als Spezifikationsanforderung für Gleitringdichtungen an Mischgeräten verwendet. Außerhalb dieser Spezifikationen gibt es keine allgemein üblichen Industriestandards, was zu einer großen Vielfalt an Dichtungskammerabmessungen, Bearbeitungstoleranzen, Wellendurchbiegungen, Getriebekonstruktionen, Lageranordnungen usw. führt, die von OEM zu OEM unterschiedlich sind.
Der Standort und die Branche des Benutzers bestimmen weitgehend, welche dieser Spezifikationen für seine Site am besten geeignet istMischer-GleitringdichtungenDie Spezifikation von API 682 für eine Mischerdichtung kann unnötige Mehrkosten und Komplikationen verursachen. Zwar ist es möglich, eine API 682-qualifizierte Basisdichtung in eine Mischerkonfiguration zu integrieren, doch führt dieser Ansatz häufig zu Kompromissen sowohl hinsichtlich der Konformität mit API 682 als auch hinsichtlich der Eignung des Designs für Mischeranwendungen. Abbildung 3 zeigt eine Liste der Unterschiede zwischen einer API 682 Kategorie 1-Dichtung und einer typischen Mischer-Gleitringdichtung.
Veröffentlichungszeit: 26. Oktober 2023