Beszélgetés az alapítóval

A hosszan tartó mechanikai tömítések titkainak feltárása

Az ipari berendezések működési rendszerében a mechanikus tömítések csendes hősként működnek – csendben őrzik a folyadék szállító berendezések tengelyvégeit. Meg kell akadályozniuk a közeg kifolyását, hogy biztosítsák a termelés biztonságát, miközben csökkenteniük kell a súrlódási veszteséget az energiahatékonyság növelése érdekében. Ez az úgy tűnő apró alkatrész közvetlenül kapcsolódik a vegyipar, az energia- és a vízkezelési ágazatokhoz hasonló kulcsfontosságú ipari szektorok stabil működéséhez. Műszaki színvonga sőt az eszközgyártás pontosságának és kifinomultságának egyik fő mutatójának tekintik.

Han Csuancsen úr, a Jiangsu Golden Eagle Fluid Machinery Co., Ltd. alapítója, 1976 óta ötven évig szentelte életét ennek a területnek. Évtizedekig tartó kitartással végignézte a hazai gépjárművek tömítéseinek fejlődését, amelyek az utánzásból jutottak el az önálló innovációig. Ma Tung elnököt hívtuk meg, hogy feltárjuk a mechanikus tömítések hatékonyságát – az alapelvektől a gyakorlati tapasztalatokig – és felfedjük e kritikus alkatrész „hosszú élettartamának titkait”.

Újságíró : Tung elnök úr, akinek ötven évnyi tapasztalata van a mechanikus tömítőiparban, végignézte annak fejlődését és átalakulását. Az alapoktól indulva: mi a legfontosabb tényező a mechanikus tömítések élettartamának meghosszabbításában folyadék közegben történő üzemeltetés során?

Tung elnök : Végül is mind a folyadékréteg fenntartásán múlik. A mechanikus tömítés mozgó és álló gyűrűinek súrlódási felületei között a közeg által képzett folyadékréteg biztosítja az alapvető kenést. Ez a réteg védőfunkciót lát el – enélkül, vagy ha instabil lesz, a tömítés hamar meghibásodik. A Golden Eaglenél a folyadékréteg stabilitását elsődleges szempontként kezeljük a tervezési és gyártási folyamatok során.

Újságíró : Milyen különböző kenési állapotok léteznek ezen súrlódási felületek között, és hogyan hatnak az élettartamra?

Tung elnök : Gyakorlati tapasztalataink és kutatásaink alapján négy fő állapotot különböztetünk meg:

Száraz súrlódás : A legsúlyosabb eset, amikor a súrlódási felületre egyáltalán nem jut folyadék – csak por és oxidréteg marad. Ez azonnali hőfejlődéshez, kopáshoz és gyors szivárgáshoz vezet. Karrierem elején sok olyan esettel találkoztam, amikor helytelen szerelés miatt száraz súrlódás alakult ki, ami jelentős veszteségekhez vezetett.

Határkenés : Elméletileg a tömítőfelületek soha nem tökéletesen simák. Ami laposnak tűnik, az is mikroszkopikus csúcsokkal és völgyekkel rendelkezik. Amikor a tömítendő folyadék vagy közeg nyomás alatt behatol a résbe, kitölti a völgyeket, de nem a csúcsokat. A völgyek jól kenődnek, míg a csúcsok közvetlen érintkezésből és súrlódásból eredő mérsékelt kopást és hőtermelést tapasztalnak.

 

Fél-folyékony kenés : Ez az ideális állapot. A véglapokon hornyok kialakításával „makro-gödröket” hoznak létre, amelyek segítségével vékony, de stabil folyadékréteg marad fenn. Ez csökkenti a súrlódási együtthatót, és hatékony tömítést biztosít.

 

Teljes folyadékkennés : Bár látszólag ideális, mivel nincs súrlódás, a túl nagy rés miatt szivárgás lép fel – így ellentmondásos eredményt ad.

Újságíró : Úgy tűnik, a fél-folyékony kenés az elérni kívánt ideális állapot. Milyen tényezőket kell figyelembe venni ennek eléréséhez?

Tung elnök : Kimerítő megközelítésre van szükség. A közeg tulajdonságai alapvetőek – például a nagyobb viszkozitású közegek könnyebben képeznek folyadékréteget, mint az alacsonyabb viszkozitásúak. A nyomás, hőmérséklet és csúszási sebesség is kritikus tényező: túl magas nyomás megszakíthatja a folyadékréteget, magas hőmérséklet elpárologtathatja a közeget, míg nagy sebesség fokozhatja a súrlódási hőt.

A Golden Eaglenél részletes számításokat végzünk ezekről a paraméterekről az ügyfelek kiválasztása során. Emellett olyan tényezőket is optimalizálni kell, mint a tömítőfelület nyomásának beállítása, a kenési szerkezet tervezése és a súrlódó felületek megmunkálási pontossága. Például, míg korábban egy Ra0,8 felületi érdesség elfogadható volt, jelenlegi precíziós köszörülési technológiánkkal Ra0,02-es értéket érünk el, ami jelentősen javítja a folyadékréteg megtartását.

Újságíró : A kenési szerkezeteket említette – hallottuk, hogy a Golden Eagle jelentős technikai szakértelmével rendelkezik ezen terület fejlesztésében. Kifejtené bővebben?

Tung elnök : Természetesen. A szerkezeti tervezés az egyik fő erősségünk.

Eccentrikus végfelületek : A mozgó vagy álló gyűrű középpontjának enyhe eltolásával a kenőanyagot a forgás során „behúzzák” a súrlódó felületre. Azonban az excentricitás mértékének pontosnak kell lennie – túlzott eltolás nagy nyomás alatt egyenetlen kopást okoz, magas fordulatszámoknál pedig gondos tervezés szükséges a centrifugális erők által kiváltott rezgések elkerülésére. Ezt saját rovásunkra tanultuk meg a vegyi pumpák tömítéseinek korai szakaszában, majd később a véges elemes analízis segítségével oldottuk meg.

Végfelület hornyolása : Magas nyomású és nagy sebességű körülmények között a hornyok hatékonyan csökkentik a súrlódási hő által okozott folyadékréteg megszakadását. A hornyok elhelyezése kritikus fontosságú: külsőleg nyomás alá helyezett tömítéseknél a hornyokat az álló gyűrűn kell elhelyezni, hogy megakadályozzák a szennyeződések bejutását; belsőleg nyomás alá helyezett tömítéseknél pedig a mozgó gyűrű alkalmasabb, mivel a centrifugális erő hatására a szennyeződések kiürülnek. A hornyok alakja, száma és mélysége is lényeges – túl sok vagy túl mély horony növeli a szivárgást. Kúpos alakú hornyaink 30%-kal javították a kenési hatékonyságot a korábbi téglalap alakú tervekhez képest.

 

Hidrosztatikus kenés : Ez egy független folyadékforrás (például hidraulikus szivattyú) alkalmazását jelenti, amellyel nyomás alatt lévő kenőanyagot juttatnak közvetlenül a súrlódó felületre, így biztosítva a kenést, valamint ellenállást a közeg nyomásával szemben. Ezt a kialakítást gyakran használják nagy nyomású reakciós edényeknél.

Újságíró : Összetettebbek-e a kenési kihívások a gáznemű közegekben alkalmazott géptömítéseknél?

Tung elnök : Valóban nehezebbek. Az ilyen körülmények gyakran elégtelen kenést, hőelvezetési problémákat és szivárgásra való hajlamot jelentenek, ami speciális tervezést igényel a stabil működés biztosításához. Általában száraz gáztömítéseket használunk, amelyek mikrométeres hornyokat (például spirál- vagy T-alakú hornyokat) alkalmaznak, hogy hidrodinamikai hatást hozzanak létre, és a gázt ultravékony réteggé (kb. 3–5 μm) sűrítve érjék el az érintésmentes működést. Egy gázturbina-gyártó cég átalakítási projektje során ez a megoldás a tömítés élettartamát 3 hónapról 18 hónapra növelte.

Újságíró : Ezek mögött az újdonságok mögött sok próbálkozás és hiba volt?

Tung elnök : Minden bizonnyal. A 80-as években, amikor készülékszerelvényekkel dolgoztunk finomítószivattyúkhoz, kísérleteztünk a végfelületi hornyokkal. Kezdetben túl sok gyűrű okozta a túlzott szivárgást; túl kevés pedig száraz súrlódáshoz vezetett. Több mint 20 próbálkozásra volt szükség, hogy megtaláljuk az optimális paramétereket. Ma a fiatal mérnökök profitálnak a számítógépes szimulációkból, amelyek jelentősen csökkentik a találgatás szükségességét. Mindig hangsúlyozom azonban, hogy a laboradatok és a terepi körülmények közötti űrt csak a gyakorlati tapasztalat tudja áthidalni. Ezért állhatott meg Golden Eagle helytállóan az iparágban – mi mind az elméletet, mind a gyakorlatot fontosnak tartjuk.

A mai megbeszélés Tong elnök úrral a folyadékréteg-kentelmi elvektől kezdve a kenést javító szerkezeti tervezésekig feltárta a mechanikus tömítések hosszú élettartamának alapjául szolgáló logikát. A következő interjúban Tong elnök úr mélyebben is kibontja a gyakorlati alkalmazásokat, és áttekinti a különféle iparágakban – vegyipar, gyógyszeripar, olajfinomítás és új anyagok – használt mechanikus tömítések kiválasztásának stratégiáit és meghibásodásuk megelőzésének intézkedéseit. Figyeljék tovább!