Forstå tetningsfeil i roterende maskineri
Tetningsdefekter er skader, slitasje eller direkte svikt som rammer tetningskomponentene, som har til oppgave å holde smøremiddelet inne og forurensninger ute av roterende maskiner. De vanligste typene er leppetetninger (radiale akseltetninger), mekaniske flatepakninger, labyrinttetninger og O-ringer, og feilene ved disse viser seg som olje- eller fettlekkasje, inntrengning av smuss og fuktighet, økt friksjon og oppvarming, og – i noen tilfeller – som en medvirkende årsak til vibrasjon gjennom friksjon eller væskebårne ustabiliteter. Tetninger kan virke som ubetydelige deler, men hvis de svikter, får det alvorlige konsekvenser: tap av smøring fører til rask lagersvikt, forurensningen øker slitasje, og på prosesspumper kan en defekt pakning føre til produktsvinn, utslipp til miljøet eller en reell sikkerhetsrisiko.
1. Hvorfor seler er viktigere enn de ser ut til
En tetning utgjør grensen for smøresystemet og, på prosessmaskiner, grensen for inneslutningen. Fordi den er liten og billig i forhold til rotoren eller lagrene den beskytter, er det lett å overse den – likevel starter svært mange lagersvikt ikke med selve lageret, men med tetningen som skulle beskytte det. Å betrakte tetningens tilstand som en integrert del av tilstandsovervåking... i stedet for å betrakte den som en forbruksvare som må skiftes ut når den lekker, er dette en av de rimeligste måtene å øke driftssikkerheten på.
2. Vanlige segltyper og deres mangler
Leppetetninger (radiale akseltetninger)
Elastomertetninger med en fleksibel kant som kommer i kontakt med den roterende akselen.
Vanlige defekter:
- Leppeslitasje: Friksjonen sliter gradvis på tetningsmaterialet til tetningskontakten går tapt.
- Herding: Varme eller aldring gjør elastomeren hardere, noe som gjør at kanten mister sin fleksibilitet og formbarhet.
- Sprekking: Det oppstår sprekker i leppen på grunn av aldring, kjemisk påvirkning eller overdreven akselkast.
- Leppene revner: skader forårsaket av feilaktig montering, defekter i akselen eller for sterk vibrasjon.
- Tap av strømpebåndsfjær: den lille fjæren som holder den i kontakt med leppen, går i stykker eller faller av.
Symptomer: olje- eller fettlekkasje ved akselutgangen, synlig forurensning i lagerområdet, økning i lagertemperaturen når smøremiddelet forsvinner, og økt vibrasjon i lageret etter hvert som forurensningen setter seg fast.
Mekaniske ansiktstetninger
Brukes i pumper og høytrykksanvendelser, med to presisjonsslipte flater som går mot hverandre.
Vanlige defekter:
- Ansiktsslitasje: slitasje på kontaktflatene øker, og lekkasjen blir større.
- Ansiktsskade: riper, avskallinger eller termiske sprekker på tetningsflatene.
- Feil på O-ringen: de sekundære tetningene slites.
- Vårsvikt: fjærene som gir trykk mot ansiktet, går i stykker eller blir svekket.
- Koksdannelse og avleiringer: Opphopning av materiale hindrer god kontakt med ansiktet.
Symptomer: synlig lekkasje ved tetningen, utstrømning av damp eller gass ved tetting av varme væsker, en skrikende lyd fra kontaktflaten, høy temperatur på tetningen og vibrasjoner som skyldes ustabilitet i kontaktflaten.
Labyrintforseglinger
Berøringsfrie tetninger som er mye brukt i turbiner og kompressorer.
Vanlige defekter:
- Tannslitasje: labyrinttenner som er slitt eller knust på grunn av gnidning.
- Økning i klaring: Slitasje eller termisk utvidelse fører til at klaringen øker og reduserer tetningseffekten.
- Gnier: Kontakt med kraftige vibrasjoner eller akselbevegelser kan skade tennene.
- Innskudd: Avleiringer av karbon eller kalk endrer klaringene.
Symptomer: økt lekkasje som kan måles som strømnings- eller trykktap, redusert virkningsgrad på grunn av intern lekkasje, vibrasjoner fra gnidninger som i noen tilfeller kan utløse dampvirvel, samt fysiske tegn på kontakt, som slitasjemerker eller misfarging på grunn av varme.
O-ringer og statiske tetninger
- Kompresjonsset: varig deformasjon som følge av vedvarende trykk.
- Kjemisk angrep: Uforenlige væsker ødelegger elastomeren.
- Ekstrudering: O-ringen presses ut av sporet under trykk.
- Termisk skade: varmealdring, herding og sprekkdannelse.
3. Årsaker til at tetninger svikter
Normal slitasje
- Kontaktpakninger har en begrenset levetid som avhenger av friksjonsslitasje.
- Levetiden til en typisk leppetetning er omtrent 5 000–20 000 driftstimer.
- Levetiden til en mekanisk tetning er omtrent 10 000–50 000 timer, avhengig av bruksområdet.
- Slitasjehastigheten avhenger av akselens overflatefinish, hastighet og smøring.
Installasjonsskade
- Tetningskanten blir kuttet eller skadet under monteringen.
- Pakningen sitter ikke ordentlig på plass i huset.
- Feil i akseloverflaten fører til at tetningsleppen rives i stykker.
- Forurensning oppstår under monteringen.
Driftsforhold
- For stor akselavvik: eksentrisitet eller vibrasjoner som overstiger tetningens kapasitet.
- Høy temperatur: nedbryter elastomermaterialer.
- Kjemisk uforenlighet: prosessvæskene angriper tetningsmaterialet.
- Slitasjeutsatt miljø: Partiklene skader tetningsflatene.
- Tørrkjøring: Manglende smøring av tetningen fører til raskt slitasje.
Mekaniske problemer
- Overdreven vibrasjon fra ubalanse eller feiljustering.
- Akseldefekter for eksempel riper eller skrammer som sliter på tetningskanten.
- Lagerfeil som fører til for stor bevegelse i akselen.
- Termisk utvidelse som forstyrrer tetningens passform.
4. Påvisning av feil i tetninger
Visuelle indikatorer
- Lekkasje: olje, fett eller prosessvæske som er synlig ved tetningen.
- Farging: misfarging rundt tetningen på grunn av fuktinntrengning.
- Drypping: aktiv væskesamling under utstyret.
- Dugging: en fin tåke fra en lekkasje i høytrykkspakningen.
Operasjonelle indikatorer
- Tap av smøremiddel: et stadig tilbakevendende behov for å fylle på olje eller fett.
- Forurensning: smuss eller fuktighet i oljeanalyse prøver.
- Problemer med lagre: For tidlig lagerslitasje fra forurensning eller tap av smøremiddel
- Temperaturøkning: oppvarming av lagret på grunn av utilstrekkelig smøring.
Vibrasjonseffekter
- Tetningsslitasje kan føre til friksjonsindusert vibrasjon.
- Høyfrekvente komponenter oppstår ved kontakt med tetningen.
- I alvorlige tilfeller, subsynkron Vibrasjonen skyldes ustabilitet i tetningen.
- Blant sekundære effekter kan nevnes vibrasjoner i lagrene som følge av forurensning eller manglende smøring.
Vibrasjonssymptomene er svake og bredbåndede, snarere enn knyttet til en enkelt skarp linje, og gir derfor best utbytte når de sammenlignes med en frisk grunnlinje på en spektrum: En gradvis økning i høyfrekvensområdet eller det subsynkrone området, snarere enn et hopp ved 1×, er det typiske tegnet på en tetningsfeil.
5. Konsekvenser av tetningssvikt
Umiddelbare effekter
- Smøremiddeltap som krever hyppig påfylling.
- Inntredende forurensning som forringer det gjenværende smøremiddelet.
- Produktsvinn eller utslipp til miljøet ved prosessforseglinger.
- Sikkerhetsfarer fra glatte gulv eller utslipp av giftig materiale
Sekundærskade
- Feil på lageret: Utilstrekkelig smøring eller forurensning ødelegger lagrene
- Akselerert slitasje: Forurensning fra slipemidler fremskynder slitasje overalt.
- Korrosjon: Fuktinntrengning fører til rust og korrosjon.
- Kobling skade: Smøremiddelspray forurenser elastomere koblingselementer
6. Forebygging og vedlikehold
Riktig valg
- Velg en tetningstype som passer til bruksområdet – med hensyn til trykk, temperatur, hastighet og kjemiske forhold.
- Bruk pakninger med riktig størrelse og spesifikasjon.
- Overhold kravet til overflatefinish på akselen, som vanligvis er under 0,8 µm Ra for leppetetninger.
- Velg elastomeret ut fra væsken og temperaturen (nitril, Viton, PTFE osv.).
Installasjonspraksis
- Rengjør alle overflater før montering.
- Bruk riktig verktøy til montering – skrutrekkere, aldri hammer.
- Smør tetningsleppene før montering.
- Beskytt leppen mens du skyver den over skaftet ved hjelp av en monteringshylse.
- Kontroller at delene står vinkelrett på hverandre og sitter riktig på plass.
Driftspraksis
- Oppretthold god balansere og justering for å redusere akselbevegelser og vibrasjoner.
- Sørg for at driftstemperaturen holder seg innenfor tetningens spesifikasjoner.
- Sørg for at smøremidlet faktisk når tetningen.
- Unngå å forurense tetningsområdet med inkompatible materialer
Forebyggende erstatning
- Bytt ut tetningene ved planlagt vedlikehold, i stedet for å vente til de går i stykker.
- Vanlige utskiftningsintervaller er to til fem år, eller i henhold til produsentens anbefalinger.
- Sett alltid inn nye tetninger når et lagerhus åpnes.
- Sørg for å ha tetningssett på lager.
7. Spesielle hensyn
Høyvibrasjonsutstyr
- For stor bevegelse i akselen fører til at tetningene raskt går i stykker.
- Man må ta tak i årsaken til vibrasjonene for å oppnå en akseptabel levetid for tetningene.
- Robuste eller fjærbelastede tetninger er nyttige i miljøer med sterke vibrasjoner.
Ekstreme miljøer
- Høy temperatur: Bruk høytemperaturelastomerer eller mekaniske tetninger
- Slipemiddel: Monter beskyttende akselhylser og ekspellerpakninger for å hindre at partikler trenger inn.
- Etsende: Bruk kjemikaliebestandige materialer og overflater med belegg.
- Vakuum: bruk spesielle tetninger med lav gassavgivelse.
8. Feilsøking av problemer med tetninger
For tidlig tetningssvikt
Undersøkelsesområder:
- Kontroller tilstanden på akseloverflaten – ujevnheter, riper, korrosjon.
- Kontroller akselens slingring, da for stor slingring fører til at tetningene raskt går i stykker.
- Mål vibrasjonsnivået, da sterke vibrasjoner forkorter tetningens levetid.
- Kontroller at driftstemperaturen ligger innenfor tetningens spesifikasjoner.
- Sjekk om det foreligger kjemisk uforenlighet.
- Undersøk hvilke installasjonsmetoder som benyttes.
- Kontroller at pakningstypen og -størrelsen passer til bruksområdet.
Vedvarende lekkasje
Mulige årsaker og løsninger:
- Skader på akselen: en slitasje i sporet ved tetningsstedet → reparer akselen eller monter en reparasjonshylse.
- For stor slingring: Akseleksentrisitet → korrekt kast eller bruk tetning med høyere kapasitet
- Feil retning: pakningen er montert feil vei → sett den på plass igjen på riktig måte.
- Skadet leppe: Installasjonsskade → skift ut og bruk riktig teknikk
- Feil trykk: trykk som overstiger tetningens nominelle trykk → bruk en tetning som tåler det aktuelle trykket, eller reduser trykket.
9. Vibrasjonsproblemer knyttet til tetninger
Tetningsfriksjon og ustabilitet
- Kontaktforseglinger kan forårsake stick-slip-friksjon.
- Kan bidra til lavfrekvent vibrasjon eller vibrasjon
- Tørrløpende tetninger er spesielt utsatt for friksjonsvibrasjoner.
- Kontaktfrie tetninger (labyrint) kan skape aerodynamiske ustabiliteter
Selgnidning
- For stor bevegelse i akselen fører til at tetningen kommer i hard kontakt med akselen.
- Kontakten genererer varme og ødelegger tetningen raskt.
- Asymmetrisk oppvarming kan føre til en termisk sløyfe i sjakten.
- Resultatet er ofte høyfrekvente vibrasjoner og støy – en nær slektning av full rotor gni.
10. Innvirkning på maskinens pålitelighet
Smøresystemets funksjonsdyktighet
- Tetninger utgjør det avgjørende grensesnittet i smøresystemet.
- Tetningssvikt fører til tap av smøremiddel og inntrengning av forurensning
- Resultatet er rask slitasje på lagrene.
- Dette kan føre til fullstendig maskinsvikt.
Miljøvern
- Tetninger hindrer lekkasje av prosessvæske fra pumper og kompressorer.
- En feil kan føre til miljøforurensning.
- Giftige eller brannfarlige stoffer utgjør en alvorlig sikkerhetsrisiko.
- Lekkasjer kan føre til problemer med å overholde regelverket.
11. Moderne tetningsteknologier
Avanserte design
- Flerleppetetninger: flere tetningslepper for redundans.
- Ekspellerpakninger: Sentrifugalkraften skyver forurensninger bort fra tetningen.
- Magnetiske tetninger: en magnetisk væske som holdes på plass av et magnetfelt.
- Tørrgasstetninger: berøringsfrie tetninger for høyhastighetskompressorer.
- Pakkningstetninger: ferdigmonterte enheter som gjør installasjonen enklere.
Tilstandsovervåking
- Systemer for lekkasjedeteksjon i tetninger.
- Overvåking av spylevæskestrømmen på mekaniske tetninger.
- Temperaturovervåking ved tetningsstedet.
- Vibrasjonsovervåking for å oppdage problemer med tetninger på et tidlig stadium.
12. Vibrasjonsforbindelsen i praksis – og Balanset-1A
Det aller mest effektive et vedlikeholdsteam kan gjøre for å forlenge tetningens levetid, er å sørge for at akselen går jevnt. Dette skyldes at de fleste tilfeller av for tidlig tetningssvikt kan spores tilbake til overdreven bevegelse i akselen fra ubalanse, feiljustering eller slitte lagre, vil det å få bukt med disse grunnleggende årsakene beskytte tetningen langt mer pålitelig enn å skifte ut selve tetningen. En bærbar tokanalsanalysator som Balanset-1A gjør det mulig for en tekniker å kontrollere på stedet om vibrasjonen ligger innenfor et akseptabelt alvorlighetsgrad båndet, og når det oppdages en ubalanse, må den korrigeres på stedet ved å feltbalansering rotoren i sine egne lagre – og dermed fjerner nettopp den magnetiske virkningen som ødela tetningen. Sammen med oljeanalyse og overvåking av tetningstemperaturen, knytter vibrasjonsmåling sammen sammenhengen mellom en lekkende tetning og den mekaniske feilen som forårsaket den.
Selv om feil på tetninger ofte overses i forhold til problemer med lagre eller rotorer, har de avgjørende betydning for maskinens driftssikkerhet. Riktig valg, nøye montering og forebyggende utskifting – kombinert med tiltak mot de underliggende årsakene til for tidlig svikt, som vibrasjon, eksentrisitet og forurensning – gjør at tetningene kan utføre sine viktige oppgaver med å holde smøremiddelet på plass og hindre inntrengning av forurensning gjennom hele sin forventede levetid.
