De druk in een pomp of roerwerk heeft directe invloed op welke mechanical seal je nodig hebt. Kies je de verkeerde afdichting voor de aanwezige druk, dan vergroot je de kans op lekkage, slijtage en ongeplande stilstand. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over druk en de selectie van een mechanical seal.
Wat is de rol van druk bij een mechanical seal?
Druk bepaalt hoeveel kracht er op de afdichtingsvlakken van een mechanical seal wordt uitgeoefend. Een te hoge druk perst de loopvlakken te hard tegen elkaar, wat slijtage versnelt. Een te lage druk zorgt juist voor onvoldoende contact, waardoor het medium langs de afdichting lekt. De juiste drukbalans is bepalend voor een goede werking.
Een mechanical seal voor pompen en roerwerk werkt door twee vlakken, een roterend en een stilstaand, met een gecontroleerde kracht tegen elkaar te drukken. Die kracht wordt deels geleverd door een veer of Belleville-ring, maar ook door de procesdruk zelf. De procesdruk werkt op het afdichtingsvlak en beïnvloedt daarmee de zogenoemde sluitkracht. Bij een gebalanceerde seal is de constructie zo ontworpen dat de procesdruk slechts gedeeltelijk op het vlak werkt, waardoor de belasting beheersbaar blijft.
Naast de sluitkracht beïnvloedt druk ook de smeerfilm tussen de loopvlakken. Die dunne film van procesmedium voorkomt direct metaalcontact en vermindert wrijving. Als de druk te hoog wordt, kan die film worden weggedrukt, wat droog contact en snelle slijtage tot gevolg heeft.
Welke drukniveaus zijn bepalend voor de keuze van een mechanical seal?
Voor de selectie van een mechanical seal zijn drie drukniveaus relevant: de nominale werkdruk, de maximale piekdruk en de druk bij stilstand. Een ongebalanceerde seal is doorgaans geschikt tot ongeveer 10 tot 12 bar. Daarboven is een gebalanceerde seal nodig, die de drukbelasting op het loopvlak reduceert en daarmee geschikt is voor hogere drukken.
Een ongebalanceerde seal heeft een groter afdichtingsvlak dat volledig aan de procesdruk is blootgesteld. Dit ontwerp is eenvoudig en kosteneffectief, maar bij hogere drukken neemt de vlakbelasting zo sterk toe dat de smeerfilm wegvalt en slijtage optreedt. Een gebalanceerde seal heeft een kleinere effectieve vlakoppervlakte door een trapvormige as of een aangepaste sealring, waardoor de drukbelasting op het loopvlak beperkt blijft.
Naast de werkdruk telt ook de druk bij het opstarten en stoppen mee. Drukpieken tijdens het starten van een pomp kunnen tijdelijk hoger zijn dan de nominale werkdruk. Als je seal alleen op de nominale druk is geselecteerd en niet op de piekdruk, loop je het risico op beschadiging van de loopvlakken bij elke start.
Hoe beïnvloedt hoge druk de slijtage van een mechanical seal?
Hoge druk verhoogt de vlakbelasting op de loopvlakken van een mechanical seal, wat de smeerfilm dunner maakt en de wrijving vergroot. Dit versnelt de slijtage van de loopvlakmaterialen en verkort de levensduur van de afdichting. Bij aanhoudend hoge druk zonder de juiste sealconstructie kan de afdichting in korte tijd falen.
De slijtage bij hoge druk is niet lineair. Zodra de smeerfilm te dun wordt, neemt het directe contact tussen de loopvlakken toe. Dit leidt tot een hogere temperatuurontwikkeling op het contactvlak, wat op zijn beurt de materialen aantast. Keramische of siliciumcarbide loopvlakken zijn beter bestand tegen deze omstandigheden dan zachtere materialen, zoals koolstof in combinatie met roestvast staal.
Ook de koeling van de afdichting speelt een rol. Bij hoge druk en hoge omloopsnelheid genereert de seal meer warmte. Als die warmte niet wordt afgevoerd via het procesmedium of een extern spoelsysteem, stijgt de temperatuur aan het loopvlak verder, wat de slijtage nog versnelt. Een goed ontworpen seal support system helpt de temperatuur en druk in de afdichtingskamer te beheersen.
Wat is het verschil tussen een enkelvoudige en dubbele mechanical seal bij hoge druk?
Een enkelvoudige mechanical seal heeft één set loopvlakken en werkt direct met het procesmedium als smeermiddel. Een dubbele mechanical seal heeft twee sets loopvlakken met een barrièrevloeistof ertussen. Bij hoge druk of gevaarlijke media biedt de dubbele uitvoering meer veiligheid en betrouwbaarheid, omdat de barrièrevloeistof de loopvlakken smeert en koelt, onafhankelijk van het procesmedium.
Bij een enkelvoudige seal is de procesdruk direct aanwezig op het loopvlak. Dit werkt goed bij lage tot middelmatige drukken en niet-gevaarlijke media. Zodra de druk stijgt of het medium agressief, giftig of explosief is, wordt een dubbele seal de betere keuze. De barrièrevloeistof in een dubbele seal heeft doorgaans een hogere druk dan het procesmedium, waardoor eventuele lekkage altijd van de barrièrevloeistof naar het proces gaat en niet andersom.
Er zijn twee configuraties voor dubbele seals: de back-to-backopstelling en de tandemopstelling. Bij back-to-back staan de loopvlakken met de rug naar elkaar toe en werkt de barrièrevloeistof op een hogere druk dan het proces. Bij tandem staan beide sets in dezelfde richting en werkt de buitenste seal als veiligheidsafdichting. De keuze tussen beide hangt af van de procesdruk, het medium en de veiligheidseisen.
Wanneer is een seal support system noodzakelijk bij drukwisselingen?
Een seal support system is nodig wanneer de procesdruk sterk wisselt, het medium moeilijk te smeren is, of wanneer de temperatuur aan het loopvlak niet stabiel blijft. Drukwisselingen verstoren de smeerfilm en kunnen de afdichting beschadigen. Een seal support system stabiliseert de omstandigheden rondom de seal en verlengt daarmee de levensduur.
Bij drukwisselingen, zoals bij pompen die regelmatig starten en stoppen of bij processen met variabele doorstroming, verandert de kracht op het loopvlak voortdurend. Dit maakt het moeilijk om een stabiele smeerfilm te handhaven. Een seal support system, zoals een thermosyphon-systeem, zorgt voor een constante toevoer van koele, schone vloeistof naar de afdichtingskamer. Dit stabiliseert zowel de druk als de temperatuur rondom de seal.
Een thermosyphon-systeem werkt op basis van het principe dat warme vloeistof stijgt en koele vloeistof daalt, waardoor er een natuurlijke circulatie ontstaat zonder pomp. Dit maakt het systeem betrouwbaar en onderhoudsarm. Bij toepassingen met agressieve media of hoge temperaturen kan een actief gekoeld systeem met een externe warmtewisselaar nodig zijn om de afdichting voldoende te beschermen.
Hoe voorkom je lekkage door verkeerde drukberekening bij een mechanical seal?
Je voorkomt lekkage door de seal te selecteren op basis van de maximale piekdruk, niet alleen de nominale werkdruk. Houd ook rekening met drukschommelingen, de vloeistoftemperatuur en de eigenschappen van het medium. Een verkeerde drukberekening leidt tot een te licht gedimensioneerde seal die onder belasting faalt en lekt.
Een goede drukberekening begint met het in kaart brengen van alle drukken in het systeem: de inlaatdruk, de uitlaatdruk, de druk in de afdichtingskamer en eventuele drukpieken bij het starten of stoppen. De druk in de afdichtingskamer is niet altijd gelijk aan de procesdruk. Bij pompen met een hoge inlaatdruk kan de druk in de stuffing box hoger zijn dan verwacht, wat een zwaardere seal vereist.
Naast de drukberekening is de keuze van loopvlakmaterialen belangrijk. Harde materialen zoals siliciumcarbide tegen siliciumcarbide zijn beter bestand tegen hoge drukken en abrasieve media, maar zijn gevoeliger voor thermische schokken. Een combinatie van siliciumcarbide en koolstof biedt een goede balans tussen slijtvastheid en thermische bestendigheid voor de meeste industriële toepassingen.
Hoe wij helpen bij de selectie van de juiste mechanical seal voor jouw druktoepassing
Met meer dan 20 jaar ervaring in mechanical seals helpen wij je om de juiste afdichting te selecteren voor jouw specifieke druktoepassing. We kijken niet alleen naar de nominale werkdruk, maar naar het volledige drukprofiel van jouw installatie, inclusief pieken, schommelingen en stilstandsomstandigheden.
Wat wij voor je doen:
- Technisch advies over de juiste sealconstructie op basis van jouw druk, medium en temperatuur
- Selectie van gebalanceerde of ongebalanceerde seals afhankelijk van het drukniveau
- Advies over enkelvoudige of dubbele sealconfiguraties voor gevaarlijke of hogedruktoepassingen
- Levering en engineering van seal support systems, waaronder thermosyphon-systemen
- Revisie van bestaande mechanical seals, ongeacht merk of type
- Maatoplossingen voor toepassingen waarbij standaard seals niet voldoen
Wil je zeker weten dat jouw mechanical seal geschikt is voor de druk in jouw installatie? Neem contact op met Qseals voor eerlijk en concreet advies op maat.
