Uszczelnienie dławnicowe: materiały, cięcie, zastosowania i dlaczego uszczelniają

Uszczelnienie dławnicy to ściskany materiał uszczelniający wkładany do dławnicy w celu zapobiegania wyciekom wokół wału obracającego się lub poruszającego się posuwisto-zwrotnie. Jest wykonany z plecionych włókien — zwykle PTFE, grafitu, aramidu, akrylu lub konopi — i jest stosowany w pompach, zaworach i mieszadłach wszędzie tam, gdzie wymagane jest dynamiczne uszczelnienie pomiędzy ruchomym wałem a jego obudową.

Z czego wykonane jest uszczelnienie dławnicowe?

Wybór materiału bezpośrednio determinuje odporność na temperaturę, kompatybilność chemiczną i żywotność. Niewoczesne uszczelnienie gruczołu jest dostępny w szerokiej gamie włókien i impregnatów.

Większość uszczelnień jest również impregnowana smarami, takimi jak dyspersja PTFE, olej mineralny lub smar, aby zmniejszyć zużycie wału i ułatwić montaż. Wzór oplotu — kwadratowy, splatany lub wzmocniony w narożnikach — wpływa również na równomierne osadzenie uszczelnienia pod wpływem ściskania.

Jak przeciąć uszczelnienie dławnicy

Nieprawidłowe cięcie jest jedną z najczęstszych przyczyn przedwczesnego uszkodzenia uszczelnienia. Źle przycięty pierścień umożliwia wyciek bajpasu już od pierwszego dnia. Postępuj zgodnie z tym procesem, aby za każdym razem uzyskać czyste i dokładne cięcie.

Metoda owijania i cięcia (najdokładniejsza)

• Owiń szczelnie linę uszczelniającą wokół wału lub trzpienia o identycznej średnicy.
• Zaznacz zakładkę ołówkiem, następnie odwiń linę i połóż ją płasko.
• Cięcie ostrym, jednosuwowym nożem na twardej desce do krojenia – nigdy nie używaj nożyczek, które zmiażdżą oplot i zniekształcą jego przekrój.
• Powierzchnia cięcia powinna być idealnie prostopadła (90 stopni) do osi liny w przypadku pierścieni stykowych lub pod kątem 45 stopni w przypadku pierścieni ciętych typu skive.

Połączenie doczołowe a cięcie skośne

A połączenie tyłkowe (proste cięcie pod kątem 90 stopni) jest standardem w większości zastosowań i jest łatwiejsze w dokładnej produkcji. A cięcie skośne (skos 45 stopni) zwiększa powierzchnię styku na złączu i jest preferowany w przypadku pracy pod wysokim ciśnieniem powyżej 40 barów, ponieważ zmniejsza ryzyko otwarcia złącza pod obciążeniem.

Zasady rozmiaru

• Przekrój uszczelnienia = (otwór dławnicy – średnica wału) / 2. Przykładowo otwór 50 mm z wałem 30 mm wymaga uszczelnienia o przekroju 10 mm.
• Nadwymiarowe uszczelnienie wtłaczane do pudełka generuje nadmiar ciepła i przyspiesza zarysowanie wału.
• Niewymiarowe opakowanie nie wypełni pudełka i będzie wytłaczane pod ciśnieniem.
• Liczba potrzebnych pierścieni wynosi zazwyczaj od 4 do 6 w przypadku pomp standardowych, z pierścieniem rozstawczym zamontowanym na pierścieniu 3 lub 4 w zastosowaniach chłodzonych wodą lub z wtryskiem przepłukiwania.

Kiedy stosuje się uszczelnienie dławnicowe?

Uszczelnienie dławnicowe jest preferowaną metodą uszczelniania, jeśli ma zastosowanie jeden lub więcej z poniższych warunków.

Typy wyposażenia

• Pompy odśrodkowe i tłokowe – najczęstsze zastosowanie. Uszczelnienie dławnicy lepiej radzi sobie z biciem wału i wibracjami niż sztywne uszczelnienia mechaniczne w zużytym lub starszym sprzęcie.
• Zawory zasuwowe, kulowe i motylkowe — trzpień zaworu porusza się liniowo lub obrotowo przez dławik przy każdym uruchomieniu zaworu.
• Mieszadła i mieszalniki — niskie prędkości wału i duże średnice wału sprawiają, że uszczelnienie jest bardziej ekonomiczne niż niestandardowe uszczelnienia mechaniczne.
• Morskie rury rufowe — tradycyjne uszczelnienie lniane lub nowoczesne PTFE uszczelnia wał napędowy w miejscu jego wyjścia z kadłuba.
• Cylindry i prasy hydrauliczne — w przypadku prętów o ruchu posuwisto-zwrotnym w ciężkim sprzęcie przemysłowym często stosuje się plecione uszczelnienie w dławnicy pręta.

Warunki pracy sprzyjające pakowaniu

• Średnice wałów powyżej 75 mm, gdzie koszt uszczelnienia mechanicznego staje się wygórowany.
• Wały z biciem promieniowym do 1,5 mm, które mogłoby zniszczyć powierzchnię uszczelnienia mechanicznego.
• Miejsca, w których nie ma wykwalifikowanych techników zajmujących się uszczelnieniami mechanicznymi — uszczelnienie można zastąpić podstawowymi narzędziami.
• Płyny zawierające cząstki stałe ścierne (zawiesiny, papier, obróbka minerałów), w przypadku których kontrolowane wyciekanie z wypełnienia w sposób ciągły wypłukuje cząstki ze strefy uszczelnienia.
• Przerywana lub rzadka praca, gdzie akceptowalny jest niewielki, kontrolowany wyciek uszczelnienia (zwykle od 5 do 60 kropli na minutę) i ceniony jest niski koszt początkowy.

Dlaczego stosuje się uszczelnienia dławnicowe

Pomimo powszechnego zastosowania uszczelnień mechanicznych od lat 70. XX wieku, uszczelnienie dławnicowe pozostaje dominującą metodą uszczelniania w wielu gałęziach przemysłu. Powody są praktyczne i ekonomiczne.

Niższe koszty początkowe i koszty utrzymania

Zestaw pierścieni uszczelniających do wału pompy o średnicy 50 mm kosztuje zazwyczaj od 5 do 40 EUR, w zależności od materiału. Porównywalne uszczelnienie mechaniczne typu kasetowego do tej samej pompy kosztuje od 200 do 800 EUR lub więcej. Wymiana nie wymaga precyzyjnego ustawienia, docierania powierzchni uszczelniających ani specjalnych narzędzi — technik zajmujący się konserwacją wyposażony w hak do pakowania, nóż i klucz dynamometryczny może wykonać tę pracę w czasie krótszym niż 30 minut.

Tolerancja trudnych warunków

Uszczelnienia mechaniczne są wrażliwe na ugięcie wału, wibracje i przejściową pracę na sucho. Uszczelnienie dławnicy kompensuje bicie wału do 1,5 mm i wytrzymuje krótkie okresy bez smarowania cieczą – częste zjawisko podczas rozruchu pompy lub kawitacji. W przypadku szlamu ściernego celowo kontrolowany wyciek uszczelnienia (wspomagany wtryskiem wody płuczącej) zapobiega migracji piasku do strefy uszczelnienia, czego uszczelnienie mechaniczne nie jest w stanie osiągnąć bez skomplikowanych systemów cieczy zaporowych.

Konteksty regulacyjne i bezpieczeństwa

W instalacjach parowych i zaworach wysokotemperaturowych grafitowe uszczelnienie dławnicowe jest często jedynym rozwiązaniem uszczelniającym spełniającym wymaganą klasę temperaturową. Wiele norm dotyczących zaworów dla elektrowni (EN 13555, ASME B16.20) wyraźnie odnosi się do elastycznego uszczelnienia grafitowego jako rozwiązania zgodnego z zaworami od klas 600 do klasy 2500.

Łatwość regulacji w terenie

Uszczelnienie dławnicy można dokręcać stopniowo, dokręcając nakrętki dociskowe dławika — często o jedną szóstą obrotu na raz — bez wyłączania urządzenia. Ta możliwość regulacji na żywo jest nieoceniona w branżach wymagających ciągłego przetwarzania, takich jak papiernie, uzdatnianie wody i zakłady chemiczne, gdzie nieplanowane przestoje wiążą się ze znacznymi kosztami.

Kontrolowany wyciek jako cecha, a nie wada

Uszczelnienie dławnicy nie jest zaprojektowane tak, aby osiągnąć zerowy wyciek. Szybkość wyciekania od 5 do 60 kropli na minutę smaruje tuleję wału i rozprasza ciepło wytwarzane przez tarcie ściskające. Nadmierne dokręcenie mające na celu zatrzymanie wszelkich widocznych wycieków powoduje przegrzanie uszczelnienia, zwęglenie smaru i zarysowanie wału — zwykle powodując katastrofalną awarię w ciągu kilku godzin. W przypadku nietoksycznych i niepalnych mediów, takich jak woda, wyciek ten jest całkowicie akceptowalny zgodnie ze standardowymi wytycznymi przemysłowymi i środowiskowymi.

Uszczelnienie dławnicowe a uszczelnienia mechaniczne: kiedy wybrać każde z nich

Wskazówki dotyczące instalacji mające na celu maksymalizację trwałości opakowania

• Zawsze usuwaj całe stare uszczelnienie za pomocą haka uszczelniającego — nigdy nie próbuj zakładać nowych pierścieni na zużyte uszczelnienie.
• Sprawdź tuleję wału pod kątem zarysowań. Rowki głębsze niż 0,1 mm powodują wycięcie nowego uszczelnienia w ciągu kilku dni. Wymiana tulei jest tańsza niż wielokrotne przepakowywanie.
• Rozstaw złącza pierścieniowe o 90 stopni wokół wału, aby zapobiec ciągłej drodze wycieku wzdłuż linii złącza.
• Dokręcić ręcznie popychacz dławika tylko przy pierwszym uruchomieniu, następnie pozostawić uszczelnienie na 30 minut, a następnie stopniowo dokręcać, aż do osiągnięcia docelowego współczynnika przecieku.
• W przypadku uszczelnień grafitowych w instalacjach parowych należy użyć klucza dynamometrycznego i postępować zgodnie ze specyfikacją obciążenia śrub producenta — zazwyczaj od 20 do 40 Nm na śrubach dwustronnych dławika M12 dla zaworów klasy 150.