Uszczelnienie dławnicowe: co to jest, dlaczego jest używane i jak działa

Czym jest uszczelnienie dławnicowe — koncepcja konstrukcji i rdzenia

Uszczelnienie dławnicy działa na prostej zasadzie mechanicznej: elastyczny, odkształcalny materiał dociskany promieniowo do wału obracającego się lub poruszającego się posuwisto-zwrotnie, tworzy powierzchnię uszczelniającą, która ogranicza wyciek płynu. Termin „dławik” odnosi się do zespołu mechanicznego — dławnicy, znajdujących się w niej pierścieni uszczelniających i popychacza dławnicy (nakrętki dławnicy lub płyty dławnicy), który ściska dławnicę. Termin „uszczelnienie” odnosi się do samego materiału uszczelniającego.

Mechanizm uszczelniający działa w następujący sposób: po dokręceniu dławnicy wywiera ona osiową siłę ściskającą na stos pierścieni uszczelniających. Ponieważ materiał uszczelnienia jest bardziej miękki niż wał i ściana dławnicy, to osiowe ściskanie powoduje, że dławnica rozszerza się promieniowo do wewnątrz (w stosunku do wału) i na zewnątrz (w stosunku do otworu), tworząc uszczelniający kontakt na wszystkich powierzchniach jednocześnie. Kluczową cechą odróżniającą uszczelnienie dławnicowe od innych metod uszczelniania jest jego projekt kontrolowanego wycieku — prawidłowo wyregulowane uszczelnienie dławnicy nie zapewnia zerowego wycieku. Zamiast tego jest on dostosowywany w taki sposób, aby umożliwiał niewielką, zamierzoną szybkość kapania, która wypłukuje ciepło z uszczelnienia i powierzchni styku wału oraz utrzymuje cienką warstwę smarującą pomiędzy włóknami uszczelnienia a obracającą się powierzchnią wału.

Akceptowana prędkość ociekania dla prawidłowo wyregulowanego uszczelnienia dławika pompy odśrodkowej wynosi 40–60 kropli na minutę — około 3–5 ml na minutę — co wystarcza do zapewnienia chłodzenia i smarowania bez powodowania wycieków nieekonomicznych lub problematycznych dla środowiska. Jeśli dławik zostanie dokręcony do zera, uszczelnienie nagrzewa się, powierzchnia wału szybko się zużywa, a samo uszczelnienie ulega zwęgleniu i twardnieniu w ciągu kilku godzin pracy.

Dlaczego stosuje się uszczelnienie dławnicowe — zastosowania i zalety

Uszczelnienie dławnicowe pozostaje w powszechnym użyciu pomimo rozwoju bardziej wyrafinowanych technologii uszczelniania (uszczelnienia mechaniczne, uszczelnienia wargowe, uszczelnienia labiryntowe), ponieważ oferuje szczególne praktyczne korzyści w określonych zastosowaniach, których nie można powielić w nowszych technologiach:

Do czego służy dławik — objaśnienie funkcji mechanicznej

Dławnica (zespół, nie tylko materiał) spełnia cztery jednoczesne funkcje, które wspólnie utrzymują system uszczelniający przez cały okres eksploatacji urządzenia:

• Ściska pierścienie uszczelniające: Dławik — pierścień kołnierzowy lub nakrętka gwintowana, który opiera się o górny pierścień pakietu uszczelnienia — powoduje regulowane ściskanie osiowe szczeliwa. To ściskanie jest źródłem promieniowej siły uszczelniającej. W miarę zużywania się i ściskania uszczelnienia z biegiem czasu popychacz dławika jest okresowo przesuwany do przodu (nakrętki dławika dokręcane), aby utrzymać prawidłowe ciśnienie uszczelnienia. Popychacz dławika należy dokręcić w małych krokach (1/6 do 1/4 obrotu) pozostawiając 15–20 minut pomiędzy regulacjami, aby uszczelnienie uległo ponownemu rozmieszczeniu i ustabilizowało się natężenie ociekania.
• Utrzymuje kontrolowaną ścieżkę wycieku: Dławnica ma określoną głębokość i średnicę otworu, które określają liczbę i rozmiar pierścieni uszczelniających, które mieszczą. Geometria dławnicy – ​​w połączeniu z zakresem ruchu popychacza dławika – kontroluje stopień sprężania osiągalny przy zainstalowanym dławnicy. Dławnica, która umożliwia dokręcenie popychacza dławnicy do momentu, gdy zrówna się z otworem lub wejdzie do otworu, ulega nadmiernemu ściśnięciu; uszczelnienie przenosi wówczas nadmierne obciążenie promieniowe, nagrzewając wał i zużywając żywotność uszczelnienia w przyspieszonym tempie.
• Mieści pierścień rozstawczy (pierścień hartujący), jeśli ma to zastosowanie: W pompach tłoczących gorące płyny, ciecze lotne lub zawiesiny ścierne, pierścień rozstawczy — szczelinowy lub rowkowany pierścień dystansowy — jest umieszczony pomiędzy pierścieniami uszczelniającymi, aby umożliwić wtryskiwanie płynu zewnętrznego (wody płuczącej lub płynu chłodzącego) do środka stosu uszczelnienia. Wtrysk ten chłodzi uszczelkę, dostarcza czysty płyn smarujący do powierzchni styku wału i – w zastosowaniach z zawiesiną – zapobiega migracji ściernego płynu procesowego do strefy uszczelnienia od strony pompy. Pierścień rozstawczy musi pokrywać się z zewnętrznym otworem wtrysku płynu w ścianie dławnicy, co wymaga montażu pierścienia uszczelniającego w określonej kolejności.
• Zapewnia kontrolowaną powierzchnię ścieralną wału: Tuleja wału — hartowana tuleja cylindryczna zamontowana na wale pompy w strefie dławnicy — zapewnia wymienną powierzchnię ścieralną, po której ślizga się uszczelnienie. Gdy uszczelka jest prawidłowo wyregulowana, zużycie tulei wału jest stopniowe i przewidywalne. Tuleja wału pracująca pod właściwym uszczelnieniem dławnicy zazwyczaj wytrzymuje 12 000–25 000 godzin pracy przed koniecznością wymiany. Tuleje wału są znacznie tańsze niż wymiana samego wału, dlatego konstrukcja tulei odnawialnej jest powszechnie stosowana w budowie pomp przemysłowych.

Rodzaje i wybór materiałów uszczelniających dławnice

Wydajność instalacji uszczelnienia dławnicowego zależy przede wszystkim od materiału wybranego do warunków pracy. Wybór niewłaściwego materiału dławnicy jest główną przyczyną przedwczesnego uszkodzenia uszczelnienia, zużycia tulei wału i nadmiernych wycieków w zastosowaniach pomp przemysłowych.

W przypadku większości ogólnych zastosowań pomp przemysłowych do tłoczenia wody, wody chłodzącej lub lekkich płynów procesowych o temperaturze poniżej 120°C, ekonomicznym standardem jest uszczelnienie z plecionego akrylu impregnowanego PTFE lub czystego PTFE. W przypadku zaworów parowych – najbardziej wymagającej usługi pod względem temperatury i największych konsekwencji wycieków – pierścienie z grafitu ekspandowanego formowane matrycowo stanowią punkt odniesienia w branży, określony przez producentów zaworów, w tym Flowserve, Crane i Velan, jako główny materiał uszczelniający dla zaworów parowych klasy 600 i wyższych.

Jak prawidłowo zainstalować uszczelnienie dławnicowe

Nieprawidłowy montaż dławnicy jest przyczyną większej liczby uszkodzeń dławnic i tulei wału niż błędy w doborze materiału dławnicy. Następująca kolejność montażu dotyczy dławnic pomp odśrodkowych i stanowi standardową praktykę branżową:

• Całkowicie usuń stare opakowanie: Użyj haka do pakowania lub ściągacza, aby pojedynczo usunąć wszystkie stare pierścienie uszczelniające. Nigdy nie pozostawiaj częściowych pierścieni w dławnicy — ściśnięte resztki uszczelnienia twardnieją i tworzą twarde podłoże, które powoduje nierównomierne obciążenie nowego uszczelnienia, powodując powstawanie gorących punktów na wale. Dokładnie oczyścić otwór dławnicy i tuleję wału; wszelkie zanieczyszczenia lub stwardniałe pozostałości spowodują przedwczesne zużycie nowej instalacji.
• Zmierz i przytnij nowe pierścienie na dokładną długość: Owinąć pasek materiału uszczelniającego wokół wału o odpowiedniej średnicy i przyciąć tak, aby uzyskać połączenie doczołowe zerowa luka (nie nakładanie się). Nie odcinaj pierścieni z cewki na oko ani licząc zwojów — błąd długości większy niż 3% powoduje albo przerwę (ścieżkę nieszczelności), albo zakładkę (lokalne stężenie ciśnienia, które przecina wał). Jeśli wał jest niedostępny, do cięcia należy używać trzpienia o tej samej średnicy co tuleja wału.
• Zamontuj pierścienie pojedynczo, stosując połączenia przestawne: Włóż każdy pierścień osobno, osadzając go mocno na dnie dławnicy za pomocą dzielonej tulei lub narzędzia do ubijania przed włożeniem kolejnego pierścienia. Przesuń styki każdego pierścienia 90 stopni z poprzedniego pierścienia (dla zestawu czterech pierścieni: złącza na godzinach 12, 3, 6 i 9). Połączenia schodkowe zapobiegają tworzeniu się prostej ścieżki wycieku w stosie uszczelnienia.
• Ustaw prawidłowo pierścień latarni: Jeżeli określono pierścień rozstawczy, należy najpierw zainstalować za nim odpowiednią liczbę pierścieni uszczelniających (w stronę wirnika pompy), następnie pierścień rozstawczy, a następnie pozostałe pierścienie. Przed dokręceniem popychacza dławika sprawdzić, czy pierścień rozstawczy jest wyśrodkowany nad otworem przepłukiwania w ścianie dławnicy — źle ustawiony pierścień rozstawczy blokuje dopływ wody płuczącej i powoduje wysychanie i przegrzanie wewnętrznego uszczelnienia.
• Dokręcić popychacz dławnicy palcami plus jedno płasko: Podczas pierwszego montażu dokręcić ręcznie nakrętki dławika, a następnie przesunąć je o jedną nakrętkę (około 1/6 obrotu). Uruchom pompę i obserwuj prędkość kropli. Zezwól 15–20 minut pracy aby uszczelnienie dobrze się osadziło i ustabilizowało prędkość ociekania przed dokonaniem jakiejkolwiek regulacji. Docelowa szybkość kropli wynosi 40–60 kropli na minutę. Jeżeli ilość ociekania jest nadmierna, przesuń nakrętki dławika o 1/6 obrotu i odczekaj kolejne 15 minut. Nie dokręcaj do zera kroplenia — zero kroplenia oznacza, że ​​uszczelnienie ma pełny kontakt bez smarowania, co powoduje natychmiastowe wytwarzanie ciepła i zużycie.

Uszczelnienie dławnicowe a uszczelnienie mechaniczne — wybór odpowiedniego rozwiązania uszczelniającego

Wybór pomiędzy uszczelnienie gruczołu a uszczelnienie mechaniczne nie jest porównaniem jakości – jest dopasowaniem zastosowania. Każda technologia ma określony zakres wydajności i zestaw warunków, w których jest preferowanym rozwiązaniem. Poniższa macierz decyzyjna podsumowuje kluczowe czynniki:

W zastosowaniach obejmujących toksyczne, rakotwórcze lub lotne związki organiczne — gdzie jakikolwiek wyciek do atmosfery jest niedopuszczalny w świetle przepisów ochrony środowiska, takich jak dyrektywa UE w sprawie emisji przemysłowych lub wymagania amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA LDAR) (wykrywanie i naprawa wycieków) — uszczelnienia mechaniczne lub mieszkowe są obowiązkowe, a uszczelnienie dławnicowe nie jest dopuszczalną alternatywą. We wszystkich innych zastosowaniach wybór zależy od powyższych czynników praktycznych, a nie od ogólnej preferencji jednej technologii od drugiej.