Rozhovor se zakladatelem

Odhalení tajemství dlouhé životnosti mechanických těsnění

V provozním systému průmyslového zařízení těsnění působí jako neslavení hrdinové – tiše chrání koncové části hřídelí zařízení pro přepravu kapalin. Musí zabránit úniku média, aby zajistila bezpečnost výroby, a současně snižovat ztráty třením za účelem zvýšení energetické účinnosti. Tato zdánlivě malá součástka je přímo spojena s stabilním provozem klíčových průmyslových odvětví, jako je chemický průmysl, energetika a úprava vody. Její technická úroveň je dokonce považována za klíčový ukazatel přesnosti a sofistikovanosti výroby zařízení.

Pan Tong Hanquan, zakladatel společnosti Jiangsu Golden Eagle Fluid Machinery Co., Ltd., se tomuto oboru věnuje již 50 let od roku 1976. Díky desetiletí vytrvalosti byl svědkem celého vývoje domácích mechanických těsnění, která prošla cestou od napodobování až po samostatnou inovaci. Dnes jsme pozvali předsedu Tonga, abychom prozkoumali účinnost mechanických těsnění – od základních principů až po praktické zkušenosti – a odhalili „tajemství dlouhověkosti“ této klíčové součástky.

Zpravodaj : Předsedo Tongo, s padesátiletou zkušeností v odvětví mechanických těsnění jste byl svědkem jeho rozvoje a proměn. Začněme základy: Jaký je nejdůležitější faktor pro prodloužení životnosti mechanických těsnění při provozu v kapalném prostředí?

Předseda Tong : Nakonec všechno závisí na udržení kapalného filmu. Mezi třecími plochami dynamického a stacionárního kroužku u mechanického těsnění vytváří médium kapalný film, který poskytuje nezbytné mazání. Tento film působí jako ochranná vrstva – bez něj, nebo pokud se stane nestabilním, dojde k rychlému selhání těsnění. Společnost Golden Eagle klade důraz na stabilitu kapalného filmu jako klíčový ukazatel ve všech fázích návrhu a výroby.

Zpravodaj : Jaké jsou různé stavy mazání mezi těmito třecími plochami a jak ovlivňují životnost těsnění?

Předseda Tong : Na základě naší praxe a výzkumu existují čtyři hlavní stavy:

Suché tření : Nejhorší scénář, kdy do třecí plochy nedochází žádná kapalina – zůstávají pouze prach a oxidované vrstvy. To vede k okamžitému vzniku tepla, opotřebení a rychlému úniku. Na počátku mé kariéry jsem se setkal s mnoha případy, kdy nesprávná instalace způsobila suché tření a značné ztráty.

Hranicové mazání : V teorii nikdy nejsou těsnicí plochy dokonale hladké. To, co se zdá být rovné, má stále mikroskopické výstupky a prohlubně. Když pod tlakem do štěrbiny pronikne těsnicí kapalina nebo médium, vyplní prohlubně, ale ne výstupky. Prohlubně mají prospěch z mazání, ale výstupky jsou v přímém kontaktu a podléhají tření, což způsobuje mírné opotřebení a tvorbu tepla.

 

Polotekuté mazání : Toto je ideální stav. Vytvořením „makro-dolíků“ na koncových plochách frézováním drážek se udržuje tenká, ale stabilní kapalná vrstva. To snižuje koeficient tření a zajišťuje účinné těsnění.

 

Plně tekuté mazání : Ačkoli se to může zdát ideální díky žádnému tření, příliš velká štěrbina vede k úniku – což je protiproduktivní.

Zpravodaj : Zdá se, že polotekuté mazání je ideálním stavem, ke kterému je třeba směřovat. Jaké faktory je nutné zvážit, aby byl tento stav dosažen?

Předseda Tong : Je nezbytný komplexní přístup. Základní vlastností médií je například to, že média s vysokou viskozitou snadněji tvoří kapalné filmy než média s nízkou viskozitou. Rovněž tlak, teplota a rychlost posuvu jsou rozhodujícími faktory: nadměrný tlak může porušit kapalnou vrstvu, vysoké teploty mohou způsobit vypaření média a vysoké rychlosti mohou zintenzivnit třecí teplo.

V Golden Eagle provádíme podrobné výpočty těchto parametrů během procesu výběru zákazníkem. Dále je nutné optimalizovat faktory, jako je nastavení tlaku na koncovou plochu, návrh mazací konstrukce a přesnost obrábění třecích ploch. Například, kde byla dříve povrchová drsnost Ra0,8 považována za přijatelnou, nyní dosahujeme po přesném broušení Ra0,02, čímž výrazně zlepšujeme udržování kapalného filmu.

Zpravodaj : Zmínil jste mazací konstrukce – slyšeli jsme, že Golden Eagle má v jejich vylepšování značné technické know-how. Mohli byste to upřesnit?

Předseda Tong : Samozřejmě. Konstrukční návrh patří mezi naše klíčové kompetence.

Excentrické těsnicí plochy : Pokud je střed dynamického nebo pevného kroužku mírně posunut od osy, během otáčení se mazivo „vtahuje“ na třecí povrch. Stupeň excentricity však musí být přesný – nadměrné posunutí způsobuje nerovnoměrné opotřebení při vysokém tlaku a při vysokých otáčkách je nutné pečlivě navrhnout konstrukci, aby se předešlo vibracím způsobeným odstředivými silami. Tuto zkušenost jsme bohužel získali na začátku u těsnění chemických čerpadel, později jsme problém vyřešili pomocí analýzy metodou konečných prvků.

Drážkování těsnicích ploch : V podmínkách vysokého tlaku a vysoké rychlosti efektivně zabraňuje drážkování narušování kapalného filmu způsobenému třecím teplem. Umístění drážek je kritické: u těsnění s vnějším přetlakem by měly být drážky na stacionárním kroužku, aby se zabránilo vnikání nečistot; u těsnění s vnitřním přetlakem je vhodnější dynamický kroužek, protože odstředivá síla vyhání nečistoty. Důležitý je také tvar, počet a hloubka drážek – příliš mnoho nebo příliš hluboké drážky zvyšují únik. Naše klínové drážky zlepšily účinnost mazání o 30 % ve srovnání s dřívějšími obdélníkovými konstrukcemi.

 

Hydrostatické mazání : Tato metoda využívá samostatný zdroj kapaliny (např. hydraulické čerpadlo) k dodávání tlakového maziva přímo na třecí plochu, čímž zajišťuje mazání i odpor proti tlaku média. Tento design se běžně používá u vysokotlakých reakčních nádob.

Zpravodaj : Jsou výzvy spojené s mazáním složitější u mechanických těsnění pracujících v plynném médiu?

Předseda Tong : Ano, jsou skutečně náročnější. Takové podmínky často zahrnují nedostatečné mazání, problémy s odvodem tepla a náchylnost k únikům, což vyžaduje specializované konstrukce pro zajištění stabilního provozu. Obvykle používáme suchá plynová těsnění, která využívají drážkové vzory v mikronovém rozsahu (např. spirálové nebo T-drážky) k vytvoření hydrodynamických účinků, při nichž je plyn stlačován do ultratenké vrstvy (asi 3–5 μm) pro provoz bez kontaktu. U projektu revize pro výrobce plynových kompresorů tato metoda prodloužila životnost těsnění z 3 na 18 měsíců.

Zpravodaj : Stálo za těmito inovacemi mnoho pokusů a omylů?

Předseda Tong : Absolutně. V 80. letech, když jsme pracovali na těsněních pro čerpadla rafinerií, jsme experimentovali s drážkováním koncových ploch. Původně příliš mnoho drážek způsobovalo nadměrné úniky; příliš málo vedlo ke suchému tření. Trvalo více než 20 pokusů, než jsme našli optimální parametry. Dnes mladí inženýři profitovali z počítačových simulací, které výrazně snižují nutnost odhadování. Nicméně vždy zdůrazňuji, že mezeru mezi laboratorními daty a provozními podmínkami je třeba překlenout praktickou zkušeností. Právě proto Golden Eagle pevně stojí v průmyslu – ceníme si jak teorie, tak praxe.

Dnešní diskuse s předsedou Tongem, od principů mazání kapalnou fólií až po konstrukční návrhy zlepšující mazání, odhalila základní logiku dlouhověkosti mechanických těsnění. V dalším rozhovoru se předseda Tong podrobněji zaměří na praktické aplikace, kdy prozkoumá strategie výběru a opatření prevence poruch mechanických těsnění ve různých odvětvích – včetně chemického průmyslu, farmacie, rafinací ropy a nových materiálů. Zůstaňte naladěni!