Afdichting bij vacuümtoepassingen werkt anders dan bij overdruk: in plaats van dat het medium naar buiten wil ontsnappen, trekt het vacuüm lucht en verontreinigingen van buitenaf naar binnen. Een goede vacuümafdichting moet die omgekeerde drukrichting weerstaan zonder lekkage toe te laten. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over mechanical seals in vacuümtoepassingen, van materiaalkeuze tot revisie.
Welke uitdagingen stelt vacuüm aan een mechanische afdichting?
Vacuüm stelt andere eisen aan een mechanische afdichting dan overdruk. De drukrichting is omgekeerd: buitenlucht wil naar binnen worden gezogen in plaats van dat het medium naar buiten wil ontsnappen. Dit betekent dat de afdichting niet alleen lekkage naar buiten moet voorkomen, maar ook het insijpelen van lucht, vocht en verontreinigingen van buitenaf.
Daarnaast zorgt vacuüm voor verminderde smering op het loopvlak van de seal. Bij normale overdruk helpt het medium om een dunne vloeistoffilm tussen de loopvlakken te houden. Onder vacuüm is die film dunner of afwezig, waardoor de loopvlakken droger lopen en sneller slijten. Dit verhoogt de kans op oververhitting en vroegtijdig falen van de afdichting.
Een bijkomende uitdaging is de kans op cavitatie en het verdampen van vloeistoffen bij lage druk. Sommige media gaan bij vacuüm over in de gasfase, wat de smering verder verslechtert en de seal extra belast.
Hoe werkt een mechanical seal anders onder vacuüm dan onder druk?
Onder overdruk duwt het medium de loopvlakken van een mechanical seal uit elkaar, waardoor de vloeistoffilm op het loopvlak wordt gehandhaafd. Onder vacuüm werkt dit mechanisme omgekeerd: de atmosferische druk van buitenaf drukt de loopvlakken juist dichter op elkaar. Dit verhoogt de contactdruk op het loopvlak, wat leidt tot meer wrijving en snellere slijtage.
Bovendien verandert de richting van de krachten op de secundaire afdichtingen, zoals O-ringen en manchetten. Waar die bij overdruk worden samengedrukt en zo beter afdichten, kunnen ze onder vacuüm worden losgetrokken of vervormen. Dit maakt de keuze van het juiste type secondary seal nog belangrijker bij vacuümtoepassingen.
Een ander verschil is dat de smerende vloeistoffilm op het loopvlak bij vacuüm moeilijker te handhaven is. Zonder voldoende smering lopen de loopvlakken droog, wat de levensduur van de seal sterk verkort. Sommige seal-ontwerpen compenseren dit door een externe spoelvloeistof of een speciaal seal support system toe te passen.
Welke typen afdichtingen zijn geschikt voor vacuümtoepassingen?
Voor afdichting onder vacuüm zijn cartridge seals en speciaal ontworpen component seals het meest geschikt. Cartridge seals bieden als voordeel dat alle onderdelen voorgemonteerd zijn, wat montagefouten vermindert en de kans op lekkage door verkeerde instelling verkleint. Voor vacuümtoepassingen zijn seals met een gebalanceerd loopvlak bij voorkeur de juiste keuze, omdat ze de verhoogde contactdruk beter verdelen.
Tandem seals zijn ook een goede optie wanneer het medium absoluut niet in contact mag komen met de buitenlucht, of wanneer de omgeving beschermd moet worden tegen het medium. Bij een tandemopstelling zorgt de tweede seal als extra barrière. Dit is met name relevant in de farmaceutische industrie en de voedingsindustrie, waar contaminatie onacceptabel is.
Voor lichte vacuümtoepassingen kunnen ook lip seals of speciale PTFE-afdichtingen worden ingezet, afhankelijk van de draaisnelheid, het medium en de vereiste dichtheid. De keuze hangt altijd af van de specifieke procesomstandigheden.
Welke materialen zijn het meest geschikt voor vacuümafdichtingen?
Voor vacuümafdichtingen zijn materialen met een lage dampdruk en goede slijtvastheid het meest geschikt. Siliciumcarbide (SiC) en wolfraamcarbide zijn populaire keuzes voor de loopvlakken, omdat ze hard zijn, weinig slijten en bestand zijn tegen de hogere contactdrukken die onder vacuüm optreden. Koolstof (carbon) wordt vaak als tegenloopvlak gebruikt vanwege zijn zelfsmerende eigenschappen.
Voor de secundaire afdichtingen, zoals O-ringen, is de materiaalkeuze afhankelijk van het medium en de temperatuur. EPDM, Viton (FKM) en PTFE zijn veelgebruikte opties. PTFE heeft als voordeel dat het chemisch inert is en goed bestand is tegen vacuüm, maar het is minder elastisch dan rubber. Bij twijfel over de juiste materiaalkeuze is het verstandig om dit te laten beoordelen door een specialist.
Metaalonderdelen worden bij voorkeur uitgevoerd in roestvrij staal of duplex staal, zeker wanneer het medium corrosief is of wanneer de toepassing valt onder FDA- of EC1935/2004-certificering, zoals in de voedingsmiddelen- of farmaceutische industrie.
Wat zijn de meest voorkomende oorzaken van lekkage bij vacuümafdichtingen?
De meest voorkomende oorzaken van lekkage bij vacuümafdichtingen zijn slijtage van de loopvlakken, beschadigde of verouderde O-ringen en een verkeerde montage. Omdat de loopvlakken onder vacuüm harder op elkaar worden gedrukt, treedt slijtage sneller op dan bij overdruk. Zodra de loopvlakken niet meer vlak zijn, ontstaat er een pad voor luchtinsijpeling.
- Droogloop: Onvoldoende smering door het wegvallen van de vloeistoffilm leidt tot oververhitting en beschadiging van de loopvlakken.
- Verouderde elastomeren: O-ringen en manchetten verliezen na verloop van tijd hun elasticiteit en kunnen scheuren of krimpen, waardoor de secundaire afdichting faalt.
- Verkeerde montage: Een te hoge of te lage veerdruk, een scheef gemonteerde seal of beschadigingen tijdens montage zijn veelvoorkomende oorzaken van vroegtijdig falen.
- Trillingen en uitlijningsfouten: Mechanische trillingen of een slecht uitgelijnde as zorgen voor ongelijkmatige belasting van het loopvlak, wat lekkage bevordert.
- Verkeerde materiaalkeuze: Een seal die niet is ontworpen voor vacuümomstandigheden zal sneller falen, ongeacht de kwaliteit van de montage.
Wanneer is revisie van een vacuümafdichting zinvol?
Revisie van een vacuümafdichting is zinvol wanneer de loopvlakken nog niet te diep zijn beschadigd en de basisonderdelen zoals de seal body en de veer nog in goede staat verkeren. In veel gevallen kunnen loopvlakken worden gelapt en O-ringen worden vervangen, waarna de seal weer volledig functioneel is. Dit is goedkoper dan een nieuwe seal aanschaffen en draagt bij aan duurzamer gebruik van materialen.
Revisie is minder zinvol wanneer de loopvlakken te diep zijn ingesleten, wanneer er scheuren of breuken zijn in de keramische of carbide onderdelen, of wanneer de seal al meerdere keren eerder is gereviseerd. In dat geval weegt de investering in revisie niet op tegen de beperkte resterende levensduur.
Een goede vuistregel is om bij elke pompstilstand de seal te laten beoordelen door een specialist, zodat je op basis van de werkelijke staat van de onderdelen een weloverwogen keuze kunt maken tussen revisie en vervanging.
Hoe wij helpen met afdichting bij vacuümtoepassingen
Bij Qseals hebben we meer dan 20 jaar ervaring met het leveren en reviseren van mechanical seals voor uiteenlopende industriële toepassingen, waaronder vacuümtoepassingen. We helpen je graag bij het kiezen van de juiste seal voor jouw specifieke procesomstandigheden. Wat we voor je kunnen doen:
- Advies over het juiste type seal en de beste materiaalkeuze voor jouw vacuümtoepassing
- Revisie van bestaande vacuümafdichtingen, inclusief het leppen van loopvlakken en het vervangen van elastomeren
- Maatwerk engineering wanneer standaardoplossingen niet volstaan
- Snelle levering uit onze voorraad van meer dan 200.000 producten, ook voor minder gangbare merken en typen
- Begeleiding van advies tot en met het volledige montageproces
Wil je weten welke afdichting het beste past bij jouw vacuümtoepassing? Neem contact met ons op en we denken graag met je mee over de meest efficiënte oplossing.
