Mechanische afdichtingen: de basics

Omdat het falen van de mechanische afdichting op de as de nummer één oorzaak is van de buiten bedrijfstelling van pomp, is het goed de standaardbegrippen van mechanische afdichtingen te kennen.

Mechanical seals zijn vergelijkbaar met precisie-instrumenten. Bij deze afdichtingen worden marges gebruikt met vele cijfers achter de komma. De standtijd is van veel factoren afhankelijk maar kan variëren van enkele heftige minuten tot vele probleemloze jaren. In het algemeen kan gesteld worden: hoe meer aandacht voor het mechanical seal en de aanverwante apparatuur, hoe langer deze mee gaan.

Jaren geleden werden voor de meeste asafdichtingen pakkingsmaterialen gebruikt zoals stopbuspakking. Dit soort asafdichtingen hadden een behoorlijke mate van lekkage nodig om de pakking goed gesmeerd en gekoeld te houden. Tot in 1915 de de mechanische asafdichting (mechanical seal) werd uitgevonden. Deze asafdichting slaagde erin de vloeistof binnen te houden door gebruik te maken van twee ontzettend vlakke oppervlakken (eentje die meedraait met de as, en een stationaire in het huis). Ondanks dat deze loopvlakken ook een klein beetje ‘lekkage’ nodig hebben om een hydrodynamische laag te creëren is dit vaak niet te merken daar deze vloeistof verdampt. De meeste pompen zijn tegenwoordig voorzien van mechanische afdichtingen. Echter, omdat de onderdelen en loopvlakken zo delicaat zijn is het ook de grootste oorzaak van storingen aan de pomp. Dit vraagt om een beter begrip van dit type afdichting en de toepassing ervan.

De basis van een mechanische afdichting

In de basis zijn alle mechanical seals opgebouwd uit de volgende onderdelen:

  • Een set (zeer vlak gelepte) loopvlakken als primaire afdichting: de minimale afstand tussen deze loopvlakken, welke haaks staan op de as, minimaliseren de lekkage. Vaak worden er twee verschillende materialen toegepast als loopvlak, een harder en een zachter materiaal, om te voorkomen dat de materialen aan elkaar gaan kleven. Een van de loopvlakken is vaak anti-wrijvingscorrosiemateriaal zoals carbongrafiet. Voor het andere loopvlak wordt vaak een relatief hard materiaal gebruikt zoals siliciumcarbide (SiC) of keramiek. Echter, wanneer er schurend product wordt verwerkt, worden twee harde oppervlakken toegepast.
    • Een loopvlak is stationair gemonteerd in een huis
    • Het andere loopvlak is gefixeerd op – en draait mee met – de as
  • Een tweetal secundaire stationaire afdichtingen, meestal o-ringen, en/of v-ringen
    • een stationaire afdichting gemonteerd in het huis
    • een afdichting die het roterende loopvlak afdicht op de as
  • Een veer om de twee loopvlakken aangedrukt te houden. Dit kan een enkele veer zijn, maar ook meerdere kleine veertjes of een metal bellow
  • Overige hardware, zoals asbussen, kragen, flensring, compressieringen en spietjes.

Mechanical seals hebben een vloeistof nodig om smering te behouden. De loopvlakken worden doorgaans gesmeerd door een zeer dunnen laag vloeistof (of gas) tussen de twee loopvlakken. Smering kan ook komen uit een andere vloeistof anders dan het product, afhankelijk van de vereisten van het seal.

Types mechanical seal

Er zijn talloze ontwerpen voor afdichtingen beschikbaar, maar grofweg zijn ze in te delen in de volgende types:

  • Pusher
  • Non-pusher
  • Unbalanced
  • Balanced
  • Cartridge
  • Conventioneel

Pusher seals

Pusher seals maken gebruik van een secondaire seal die axiaal langs de as of asbus beweegt om druk te houden op de loopvlakken. Hierdoor kan het seal compenseren voor slijtage en eventuele minder nauwkeurige uitlijning van de as. Voordeel is dat dit sealtype het goedkoopst is. Het voornaamste nadeel van deze configuratie is dat het sedondaire seal kan invreten op de as of asbus, vooral wanneer er abbrasief product wordt verwerkt.

QSEALS -21-2

Non Pusher seals

Dit is de categorie waarin de bellow seals vallen. Deze afdichtingen maken geen gebruik van een secondaire afdichting die langs de as of asbus moet kunnen bewegen om contact te houden. De secondaire seals bewegen bij dit type seal dus in geen geval mee, ook niet tijdens gebruik. De slijtage van het loopvlak wordt gecompenseerd door een elastomeren of metalen balg. Een nadeel van dit type seal is de hogere kostprijs van het seal en dat er in corrosieve omgeving een groter seal gebruikt dient te worden omdat het materiaal van de balg anders te dun is.

QSEALS -14-2

Unbalanced en balanced seals

We spreken van een gebalanceerd seal als er rekening is gehouden met de druk op de loopvlakken veroorzaakt door de druk in het systeem. Het klinkt misschien gek als het doel is om asafdichting te bereiken, maar een mechanical seal moet lekken! De loopvlakken van de primaire afdichting moeten immers gesmeerd worden met het verpompte product. Wanneer de druk aan de productzijde pak em beet boven de 250 psid komt, kan de druk op de loopvlakken dermate oplopen dat er geen vloeistofflim tussen de vlakken kan ontstaan. Het gebrek aan smeerfilm zal zorgen voor zeer snelle slijtage van de seals.

Om dit probleem de baas te kunnen kwam in 1938 het gebalanceerde seal op de markt. Bij een gebalanceerd mechanical seal wordt rekening gehouden met hoge druk door het oppervlak van het loopvlak aan te passen, waardoor de pakkingsbusdruk wordt verdeeld over een groter oppervlak. Gebalanceerde seals zijn eenvoudig te herkennen, er zit in de asbus en/of het loopvlak een stap. Overigens werkt dit bij een metal bellow iets ingewikkelder, maar het principe blijft hetzelfde. Mechanical seals kunnen ook zo worden ontwikkeld dat ze kunnen balanceren voor overdruk aan beide kanten van de loopvlakcombinatie.

QSEALS -13

Cartridge seals

Cartridge seals bestaan uit een vooraf gemonteerde mechanische afdichting op een asbus (inclusief flens) die als geheel over de as of asbus geïnstalleerd kunnen worden. Cartridge seals zijn wat dat betreft zeer eenvoudig te installeren, de kans op korte standtijd door suboptimale installatie is eigenlijk verleden tijd. Het zal geen verrassing zijn dat cartridge seals een stuk kostbaarder zijn dan de hiervoor besproken afdichtingen. Daar staan dan wel weer lagere onderhoudskosten tegenover. Overigens is het niet altijd mogelijk om een cartridge seal toe te passen als er bijvoorbeeld geen ruimte is in het huis.

QSEALS -101-1

 

Samengestelde seals

Enkelvoudige seals zijn niet voor alle hedendaagse toepassingen afdoende. Denk aan de verwerking van giftige of gevaarlijke stoffen waarbij de lekkage voor smering eigenlijk niet mag voorkomen, of bij het rondpompen van schurende suspensie met extreme slijtage tot gevolg. Of de kans op het drooglopen van de afdichten. Om deze situatie het hoofd te kunnen bieden zijn o.a. dual cartridge seals ontwikkeld. Deze afdichting behuisd twee sets met asafdichtingen waartussen een spervloeistof spoelt die zorgt voor de koeling en smering van de loopvlakken. De keus tussen een enkelvoudig seal en een dubbel uitgevoerd seal heeft vooral te maken met de intitiële kosten van aanschaf afgezet tegen de kosten van onderhoud en downtime veroorzaakt door sealfalen. Iets anders om in overweging te nemen is natuurlijk welk medium er verpompt wordt en welke veiligheids- en milieunormen daarbij in acht genomen dienen te worden

Hulp nodig?

We helpen u graag met geheel vrijblijvend advies. Onze specialisten staan iedere werkdag van 08:00 tot 18:00 voor u klaar! Neem contact met ons op via:

+31 (0) 38 85 21 801
info@qseals.com