naar top
Menu
Logo Print
29/11/2017 - VALERIE COUPLEZ

LEKKAGE NODIG VOOR KOELING EN SMERING

Mechanische afdichtingen onder de loep

Wie er de top vijf van oorzaken van defecten bij pompen op naslaat, zal er steeds problemen met de mechanische afdichting op de as in terugvinden. Het hoeft dan ook geen betoog dat u ze het best met de nodige aandacht kunt behandelen om een lange levensduur te garanderen. Want u heeft tegenwoordig enorm veel keuze zowel in materialen als in types. Een overzicht.

SITUERING

Voor iedere industriële toepassing is er ergens wel een afdichting nodig. Ze bestaan dan ook in velerlei vormen en formaten om zich op elke leest te laten schoeien. Bij pompen dichten ze de uitgang van de roterende as in het pomphuis af. Hierdoor zullen de verpompte media niet, of slechts in uiterst geringe mate, uit de pomp naar buiten kunnen treden.

In het verleden nam men vooral zijn toevlucht tot pakkingsmaterialen, zoals een stopbuspakking of beter bekend als vetkoord. Dit soort asafdichtingen hebben echter een behoorlijke mate van lekkage nodig om de pakking goed gesmeerd en gekoeld te houden. Daarnaast vergen ze veel aandacht, omdat de pakkingdrukker van de stopbuspakking regelmatig aangedraaid dient te worden. Wanneer ze te droog wordt, kan dit tot verbranding leiden. De hoeveelheid product of water dat men verliest tijdens de productie (omdat het behoorlijk lekt om een goede smering te creëren), loopt aardig op, omdat pompen vaak 24/7 draaien.

Daarom ging men op zoek naar 'drogere' alternatieven. Mechanische afdichtingen bleken soelaas te bieden. Ze zijn genormaliseerd volgens DIN 24960, dat de inbouwmaten en materiaalcoderingen vastlegt. Dat maakt dat mechanische afdichtingen van verschillende leveranciers onderling uitwisselbaar zijn.

OPBOUW EN WERKING

Mechanische asafdichtingen mochten in 2015 honderd kaarsjes uitblazen. Deze afdichtingen bestaan uit een sealkamer en twee of meerdere loopvlakken of (glijringen) die tegen elkaar aan staan. Het ene loopvlak zal meedraaien met de as, terwijl het andere stationair in het pomphuis zit en de stand aanneemt van de voorkamer van de afdichting. Deze loopvlakken worden door hydraulische en mechanische krachten op elkaar gedrukt en houden zo de vloeistof binnen.

Tussen beide loopvlakken bevindt zich een afdichtingsspleet met daarin een smeerfilm die wrijving tegengaat en dus instaat voor het functioneren van de afdichting. Om erover te waken dat de loopvlakken in elke situatie tegen elkaar gedrukt blijven, zijn er tevens verende elementen nodig. Ze waken erover dat beide loopvlakken nooit haaks op elkaar komen te staan: het roterende deel neemt de stand van de as aan, het stationaire de stand van de sealkamer. De materialen waaruit de afdichting bestaat, zijn immers onderhevig aan krimpen en uitzetten. De verende elementen voorkomen dus dat de loopvlakken scheef zouden staan en er lekkage kan ontstaan.
Deze afdichtingen bestaan uit een sealkamer en twee of meerdere loopvlakken of (glijringen) die tegen elkaar aan staan. Het ene loopvlak zal meedraaien met de as, terwijl het andere stationair in het pomphuis zit en de stand aanneemt van de voorkamer van de afdichting.
Er zijn verschillende types veren die zorgen voor de juiste voorspanning van de rotor, namelijk de conische veer, de parallelveer, wave springs, multispringveren en de metalbellow seals. De flexibiliteit van de verende afdichting compenseert verder ten dele de axiale en radiale bewegingen van de aandrijfas. Daarnaast zijn er ook nog een tweetal secundaire stationaire afdichtingen aanwezig, meestal gaat het om O-ringen en/of V-ringen. Het plaatje wordt ten slotte vervolledigd met andere 'hardware' zoals asbussen, kragen, flensring …

Loopvlakken

De loopvlakken maken dus de primaire afdichting uit en verdienen dan ook de nodige aandacht. Meestal bestaan de twee loopvlakken uit verschillende materialen: een hard loopvlak en een zacht, ofwel opofferend loopvlak, of twee harde loopvlakcombinaties (bijvoorbeeld een kristalliserend product). Dit zal verhinderen dat de loopvlakken aan elkaar kleven. Goede warmtegeleiding is hierbij enorm belangrijk. Er wordt vaak gebruikgemaakt van carbongrafiet met zijn antiwrijvende eigenschappen.

Voor de harde materialen valt de keuze in de meeste gevallen op keramiek, siliciumcarbide of wolfram carbide (tungsten). De uiteindelijke keuze laat zich voornamelijk dicteren door het medium dat verpompt wordt, de temperatuur, de druk en de rotatiesnelheid van de as. Als er bijvoorbeeld een schurend product verwerkt moet worden, zal er sneller geopteerd worden voor twee harde oppervlakken. Chemische of bijtende vloeistoffen vragen dan weer om materialen die de juiste bestendigheid hebben. Dit maakt dat mechanische afdichtingen vaak een compromis uitmaken tussen verschillende eisen.

Afdichtingsspleet

Zoals hierboven aangehaald, hebben mechanische asafdichtingen smering nodig om hun goed functioneren te garanderen. De afdichtingsspleet is daarom van cruciaal belang. Hoe breed ze precies moet zijn, hangt van meerdere parameters af: de kwaliteit van de glijvlakken, de af te dichten druk, maar ook de glijsnelheid.

VOOR- EN NADELEN

Hoewel de lekkage slechts een fractie is van wat 'oudere' asafdichtingen zoals stopbuspakkingen verliezen, is ze wel noodzakelijk. Ze moet immers zorgen voor de broodnodige smering en koeling. Maar de hoeveelheid blijft in die mate beperkt dat ze met het blote oog niet waar te nemen is. De vrijgekomen vloeistof zal, net voor ze de pomp verlaat, zelfs vaak verdampen. Men spreekt dan ook van een lekvrije werking.

De lekkage zal wel zichtbaar zijn als het een medium betreft dat moeilijk verdampt, zoals olie. Dan zal de mechanische afdichting bijvoorbeeld vettig worden. Wanneer de pomp toch duidelijk vloeistof lijkt te verliezen, wijst dat in de richting van vergevorderde slijtage of een defect. Een tweede troef van mechanische afdichtingen is hun brede inzetbaarheid.
In tegenstelling tot andere afdichtingssystemen laten ze zich ook integreren in frequentiegestuurde pompen, wat toch een flinke slok op de borrel scheelt inzake energie-efficiëntie en duurzaamheid.
Ze kunnen tal van media, glijsnelheden en druk- en temperatuurbereiken aan. Verdere voordelen zijn het compacte design en de onderhoudsvriendelijkheid. In tegenstelling tot andere afdichtingssystemen laten ze zich ook integreren in frequentiegestuurde pompen, wat toch een flinke slok op de borrel scheelt inzake energie-efficiëntie en duurzaamheid. Men moet er wel rekening mee houden dat bij een reparatie of een vervanging van een mechanische afdichting de pomp gedeeltelijk gedemonteerd zal moeten worden. Dit vraagt ook om geschoold personeel, zeker bij de complexere uitvoeringen. Al bestaan er ook varianten die zich makkelijker laten vervangen, maar wel met meer kosten.

TYPES MECHANISCHE AFDICHTINGEN

De gebruiker heeft keuze uit meerdere types mechanische asafdichtingen, afhankelijk van de toepassing waarvoor ze dienen..

In sommige gevallen zal een enkelvoudige afdichting echter niet volstaan. Denk bv. aan de verwerking van giftige of gevaarlijke stoffen, waarbij er eigenlijk geen lekkage voor de smering mag ontstaan. Maar ook schurende die schuring kunnen veroorzaken, vragen extra aandacht. Zij zullen immers meer slijtage met zich meebrengen of de afdichtspleet laten drooglopen. Voor die gevallen bestaan er ook samengestelde afdichtingen (cartridgeafdichtingen, enkel of dubbel uitgevoerd): twee sets waartussen een spervloeistof instaat voor de koeling en de smering van de loopvlakken. Het spreekt voor zich dat een dubbele uitvoering een hogere investeringskost kan betekenen, maar hou vooral het totale plaatje (kosten onderhoud en downtime) voor ogen bij een beslissing.

Pushertype

Bij deze mechanische afdichtingen beweegt een secundaire afdichtingen zich axiaal langs de as. Op die manier houdt ze druk op de loopvlakken, waardoor de afdichting kan compenseren voor slijtage of een minder nauwkeurige uitlijning van de as. Dit is het goedkoopste type, breed beschikbaar in allerhande formaten en ontwerpen. Men moet er wel rekening mee houden dat de extra afdichting ook kan invreten op de as, vooral wanneer er een abrasief product wordt verwerkt, of dat ze kunnen vastlopen.

Non-pushertype

De secundaire afdichtingen bewegen bij dit type onder geen beding mee. In plaats daarvan probeert men de slijtage van het loopvlak te compenseren door een elastomeren of metalen balg. Dat brengt weliswaar een hoger prijskaartje met zich mee, maar ze kunnen werken bij toepassingen met lage temperaturen en hoge druk. Daarenboven vragen corrosieve omgevingen om een grotere mechanische afdichting. Zonder zou het materiaal van de balg te dun worden om bestand te zijn tegen de omgeving.

Gebalanceerde type

Dit type mechanische afdichting houdt rekening met de druk op de loopvlakken die de druk in het systeem met zich meebrengt. De druk die het product aan de productzijde kan geven op het seal, heeft een kleinere oppervlakte dan bij een ongebalanceerd seal. Hierdoor wordt de druk op de loopvlakken bij een gebalanceerd seal dus minder beïnvloed door een hogere productzijdedruk ten opzichte van een ongebalanceerd seal. Omdat ze minder hitte genereren, zijn ze de ideale keuze voor vloeistoffen met een lage smeercapaciteit of een hoge verdampingsdruk.

De montage van gebalanceerde seals wordt vaak lastig bevonden, aangezien ze vaak met stelschroeven op de as gemonteerd moeten worden. Er bestaat daarom ook een type gebalanceerde afdichting, ontworpen met indicatiestreepjes aan de zijkant, wat zorgt voor een eenvoudige installatie, waarbij altijd de juiste voorspanning bereikt wordt.

Ongebalanceerd type

Hoewel gebalanceerde afdichtingen er gekomen zijn om veel van de tekortkomingen van ongebalanceerde afdichtingen teniet te doen, blijft er wel nog een markt voor beide. Ongebalanceerde zijn namelijk een stuk goedkoper, zullen zorgen voor minder lekkage van de vloeistof en zijn bijzonder stabiel. Ze kunnen wel alleen maar onder lage druk presteren (vaak maximaal 10 tot 12 bar), maar lenen zich uitermate voor toepassingen met extreme condities: vibraties, verkeerde uitlijning van de pompas of veel cavitatie in het medium.

Cartridgetype

Cartridgeafdichtingen bestaan uit een vooraf gemonteerde mechanische afdichting op een asbus die als een geheel over de as of asbus geïnstalleerd kan worden. Dat maakt ze bijzonder eenvoudig om te monteren, wat een plus is voor een langere standtijd, aangezien de kans op een minder dan optimale installatie aanzienlijk vermindert. Ze zijn enkel en dubbel uitgevoerd te verkrijgen. Het hoeft niet te verwonderen dat ze duurder in aankoop zijn, maar daar zetten ze veel lagere onderhoudskosten tegenover.

Om een cartridgeafdichting te kunnen toepassen, moet er wel voldoende ruimte in het pomphuis ter beschikking zijn. Vaak worden de cartridgeafdichtingen uitgevoerd in combinatie met een thermosyphontank, die ervoor zorgt dat de afdichting altijd is voorzien van de juiste smering en koelingscapaciteit. Hierin bestaan de varianten drukloze en druksystemen, waarbij men een overdruk en/of een onderdruk kan creëren in de cartridgeafdichting.