Keskustelu perustajan kanssa

Avaa pitkäikäisten mekaanisten tiivisteiden salaisuudet

Teollisuuden laitteiden toimintajärjestelmässä mekaaniset tiivisteet toimivat hiljaisina sankareina – suojelevat hiljaa nestevirtauslaitteiden akselipäitä. Niiden on estettävä väliaineen vuotaminen tuotantoturvallisuuden varmistamiseksi samalla kun ne vähentävät kitkahäviötä parantaakseen energiatehokkuutta. Tämä näennäisen pieni komponentti on suoraan yhteydessä keskeisten teollisuuden alojen, kuten kemikaaliteollisuuden, energian ja vedenkäsittelyn, vakavaan toimintaan. Sen tekninen taso pidetään jopa tärkeänä mittarina laitevalmistuksen tarkkuudelle ja kehittyneisyydelle.

Jiangsu Golden Eagle Fluid Machinery Co., Ltd.:n perustaja, herra Tong Hanquan, on omistanut 50 vuotta tälle alalle vuodesta 1976 lähtien. Vuosikymmenten sitkeyden kautta hän on todistanut kotimaisten mekaanisten tiivisteiden kehityksen matkan jäljittämisestä itsenäiseen innovointiin. Tänään olemme kutsumassa puheenjohtaja Tongia tutkimaan mekaanisten tiivisteiden tehokkuutta – perusperiaatteista käytännön kokemukseen asti – ja paljastamaan tämän keskeisen komponentin "ikääntymisen salaisuudet".

Toimittaja : Puheenjohtaja Tong, viidensadan vuosikymmenen ajan mekaanisten tiivisteiden alalla ollessanne, olette nähnyt alan kehitystä ja muutoksia. Perusasioihin lähtien, mikä on tärkein tekijä mekaanisten tiivisteiden käyttöiän pidentämisessä, kun niitä käytetään nesteessä?

Puheenjohtaja Tong : Lopulta kaikki palautuu nestekalvon ylläpitoon. Mekaanisen tiivisteiden liikkuvien ja paikallaan olevien renkaiden kitkakenttien välissä muodostuu väliaineesta nestekalvo, joka tarjoaa välttämättömän voitelun. Tämä kalvo toimii suojakerroksena – ilman sitä, tai jos se muuttuu epävakaaksi, tiiviste hajoaa nopeasti. Golden Eaglessa me priorisoimme nestekalvon vakautta keskeisenä mittarina koko suunnittelu- ja tuotantoprosessissamme.

Toimittaja : Mitä erilaisia voitelutiloja näiden kitkakenttien välillä esiintyy, ja miten ne vaikuttavat tiivisteiden käyttöikään?

Puheenjohtaja Tong : Käytännön kokemustemme ja tutkimustemme perusteella on olemassa neljä pääasiallista tilaa:

Kuiva kitka : Pahin mahdollinen skenaario, jossa nestettä ei tule kitkakentälle lainkaan – ainoastaan pölyä ja hapettuneita kerroksia jää jäljelle. Tämä johtaa välittömään lämpenemiseen, kulumiseen ja nopeaan vuotamiseen. Aikaisemmin urallani kohtasin monia tapauksia, joissa virheellinen asennus johti kuivaan kitkaan ja aiheutti merkittäviä tappioita.

Rajavoitelu teoriassa tiivisteet eivät ole koskaan täysin sileitä. Se, mikä näyttää tasaiselta, sisältää edelleen mikroskooppisia huippuja ja laaksoja. Kun tiivistettävä neste tai väliaine pääsee paineessa aukkoon, se täyttää laaksot, mutta ei huippuja. Laaksot hyötyvät voitelusta, mutta huiput kokevat suoraa kosketusta ja kitkaa, mikä aiheuttaa kohtalaista kulumista ja lämmön tuotantoa.

 

Puolikiinteä voitelu tämä on ideaalinen tila. Uraamalla päätyihin 'makro-kuopat' voidaan ylläpitää ohutta, mutta stabiilia nestekalvoa. Tämä vähentää kitkakerrointa ja takaa tehokkaan tiivistyksen.

 

Täydellinen nestemäinen voitelu vaikka tämä saattaa vaikuttaa ideaalilta ilman kitkaa, liiallisen suuri rako johtaa vuotamiseen – mikä tekee siitä tuloksena vastatuottavaa.

Toimittaja vaikuttaa siltä, että puolikiinteä voitelu on tavoiteltava ideaalitila. Mitä tekijöitä on otettava huomioon tämän saavuttamiseksi?

Puheenjohtaja Tong : Kattava lähestymistapa on välttämätön. Medioiden ominaisuudet ovat perustavanlaatuisia – esimerkiksi korkean viskositeetin media muodostaa nestekalvon helpommin kuin matalan viskositeetin media. Paine, lämpötila ja liukumisnopeus ovat myös kriittisiä tekijöitä: liiallinen paine voi rikkoa nestekalvon, korkea lämpötila voi haihduttaa median ja suuret nopeudet voivat voimistaa kitkasta aiheutuvaa lämpöä.

Golden Eaglessä teemme yksityiskohtaiset laskelmat näistä parametreista asiakasvalintaprosessin aikana. Lisäksi tekijöiden, kuten päätypinnan paineen säädön, voitelurakenteen suunnittelun ja kitkapintojen konepajatekniikan tarkkuuden, on oltava optimaalisia. Esimerkiksi pintakarheuden arvolla Ra0,8 oli ennen hyväksyttävä, mutta nykyään tarkalla hiomisella saavutamme arvon Ra0,02, mikä parantaa huomattavasti nestekalvon pitämistä paikoillaan.

Toimittaja : Mainitsit voitelurakenteet – olemme kuulleet, että Golden Eagleillä on merkittävää teknistä osaamista niiden parantamisessa. Voisitko selventää?

Puheenjohtaja Tong : Ei epäilystäkään. Rakenne-suunnittelu on yksi keskeisistä osa-alueistamme.

Epäkeskiset päätyt : Kun liikkuvan tai paikallaan olevan renkaan keskipistettä siirretään hieman akselilta, voiteluaine 'vetäytyy' kitkakentälle pyöriessä. Kuitenkin epäkeskyyden taso täytyy olla tarkka – liiallinen siirtymä aiheuttaa epätasaisen kulumisen korkeassa paineessa, ja korkeat nopeudet vaativat huolellista suunnittelua keskipakovoimien aiheuttaman värähdyksen välttämiseksi. Opimme tämän kovalla kädellä kemikaalipumppujen tiivisteissä alussa, ja ratkaisimme sen myöhemmin elementtimenetelmällä.

Päätyjen uritukset : Korkean paineen ja nopeuden olosuhteissa urittaminen vähentää tehokkaasti kitkasta aiheutuvaa lämpöä, joka voi häiritä nestekalvon toimintaa. Urien sijoittaminen on kriittistä: ulkoisesti paineistetuissa tiivisteissä uret tulisi sijoittaa kiinteään renkaaseen estämään saastumisen pääsy; sisäisesti paineistetuissa tiivisteissä liikkuva rengas on suositeltavampi, koska keskipakovoima poistaa saasteet. Urien muoto, määrä ja syvyys ovat myös tärkeitä – liian monta tai liian syvät voivat lisätä vuotamista. Kourukulmaisiemme urojen on parantanut voitelutehokkuutta 30 % verrattuna aiempiin suorakaiteenmuotoisiin ratkaisuihin.

 

Hydrostaattinen voitelu : Tämä tarkoittaa riippumattoman nestelähteen (esimerkiksi hydraulipumpun) käyttöä paineistetun voitelunehon toimittamiseksi suoraan kitkapintaan, tarjoten sekä voitelun että vastustuksen mediaan kohdistuvaa painetta vastaan. Tätä ratkaisua käytetään yleisesti korkeapaineisissa reaktioastioissa.

Toimittaja : Ovatko voiteluongelmat monimutkaisempia mekaanisille tiivisteille kaasumaisessa mediassa?

Puheenjohtaja Tong : Kyllä, ne ovat vaikeampia. Tällaisiin olosuhteisiin liittyy usein riittämätön voitelu, lämmönhajotusongelmat ja vuotovaarallisuus, mikä edellyttää erikoissuunniteltuja ratkaisuja vakaiden toiminnon varmistamiseksi. Käytämme tyypillisesti kuivakaasutiivisteitä, jotka hyödyntävät mikrometrin tasoisia urakuvioita (esimerkiksi spiraali- tai T-urakuvioita) tuottaakseen hydrodynaamisia vaikutuksia, puristaakseen kaasun erittäin ohueksi kalvoksi (noin 3–5 μm) jotta toiminta tapahtuisi ilman kosketusta. Kaasukompressorivalmistajan jälkiasennusprojektissa tämä menetelmä pidenti tiivisteen kestoa 3 kuukaudesta 18 kuukauteen.

Toimittaja : Näiden innovaatioiden takana oliko paljon kokeilua ja virheiden kautta oppimista?

Puheenjohtaja Tong ehdottomasti. Vuosikymmenen 1980 aikana, kun työskentelimme tiivisteiden parissa jalostamoiden pumppujen kanssa, kokeilimme päätyviiritystä. Aluksi liian monta viirua aiheutti liiallista vuotamista; liian vähän taas kuivan kitkan. Optimaalisten parametrien löytämiseen meni yli 20 kokeilukertaa. Nykyään nuoret insinöörit hyötyvät tietokonesimulaatioista, mikä vähentää paljon arvailemista. Korostan kuitenkin aina, että laboratoriotietojen ja kenttäolosuhteiden välinen kuilu on ylitettävä käytännön kokemuksella. Siksi Golden Eagle on pysynyt vahvana alalla – arvostamme sekä teoriaa että käytäntöä.

Tänään käyty keskustelu puheenjohtaja Tongin kanssa nestemäisen voitelun periaatteista rakenteellisiin ratkaisuihin, jotka parantavat voitelua, on paljastanut mekaanisten tiivisteiden pitkän käyttöiän taustalla olevan logiikan. Seuraavassa haastattelussa puheenjohtaja Tong syvenee käytännön sovelluksiin ja tutkii mekaanisten tiivisteiden valintastrategioita sekä vikaantumisen ehkäisymenetelmiä eri teollisuuden aloilla – kuten kemian käsittelyssä, lääketeollisuudessa, öljynjalostuksessa ja uusissa materiaaleissa. Katsokaa mitä seuraavaksi!