Inzicht in afdichtingsdefecten in roterende machines
Afdichtingsdefecten zijn beschadigingen, slijtage of regelrechte storingen van afdichtingscomponenten die tot taak hebben smeermiddel binnen en verontreinigingen buiten roterende machines te houden. De meest voorkomende families zijn lipafdichtingen (radiale asafdichtingen), mechanische asafdichtingen, labyrintafdichtingen en O-ringen. Hun defecten komen tot uiting in olie- of vetlekkage, binnendringen van vuil en vocht, verhoogde wrijving en verhitting en - in sommige gevallen - een bijdrage aan trillingen door wrijving of vloeistofgebonden instabiliteiten. Afdichtingen kunnen eruit zien als onbelangrijke onderdelen, maar het falen ervan heeft ernstige gevolgen: verlies van smering leidt tot snelle lagerfaling, besmetting versnelt slijtage, en bij procespompen kan een defecte afdichting productverlies, het vrijkomen van stoffen in het milieu of een echt veiligheidsrisico betekenen.
1. Waarom afdichtingen belangrijker zijn dan ze lijken
Een afdichting is de grens van het smeersysteem en, op procesmachines, de grens van insluiting. Omdat ze klein en goedkoop zijn in verhouding tot de rotor of de lagers die ze beschermen, worden ze gemakkelijk over het hoofd gezien - toch beginnen heel wat lagerschades niet met het lager zelf, maar met de afdichting die het moest beschermen. De conditie van de afdichting behandelen als een integraal onderdeel van conditiebewaking, in plaats van een verbruiksartikel dat vervangen moet worden als het lekt, is een van de goedkoopste betrouwbaarheidswinsten die er zijn.
2. Gebruikelijke afdichtingstypen en hun defecten
Lipafdichtingen (radiale asafdichtingen)
Elastomere afdichtingen met een flexibele lip die contact maakt met de roterende as.
Veel voorkomende gebreken:
- Lipslijtage: Door de wrijving slijt het lipmateriaal geleidelijk totdat het afdichtingscontact verloren gaat.
- Verharding: warmte of ouderdom het elastomeer verhardt, waardoor de lip niet meer flexibel en vervormbaar is.
- Scheuren: Er ontstaan scheurtjes in de lip door ouderdom, chemische aantasting of overmatig as-uitslag.
- Inscheuren van de lip: schade door onhandige installatie, asdefecten of overmatige trillingen.
- Verlies van houderveer: het veertje dat het lipcontact in stand houdt, breekt of valt eraf.
Symptomen: olie- of vetlekkage bij de asuitgang, zichtbare vervuiling in het lagergebied, een stijging van de lagertemperatuur als er smeermiddel verloren gaat en een toename van de lagertrillingen als de vervuiling zich vastzet.
Mechanische glijringafdichtingen
Gebruikt in pompen en hogedruktoepassingen, met twee nauwkeurig gelapte oppervlakken die tegen elkaar lopen.
Veel voorkomende gebreken:
- Loopvlakslijtage: de koppelingsvlakken slijten en de lekkage toeneemt.
- Vlaktebeschadiging: krassen, schilfers of thermische scheuren op de afdichtingsvlakken.
- O-ring defect: de secundaire afdichtingen verslechteren.
- Veerbreuk: de veren die voor de vlaktedruk zorgen breken of verzwakken.
- Cokes en afzettingen: materiaalopbouw verhindert een goed vlaktecontact.
Symptomen: zichtbare lekkage bij de afdichting, stoom- of dampemissie bij het afdichten van hete vloeistoffen, een piepend geluid bij vlaktecontact, hoge afdichtingstemperatuur en trillingen door instabiliteit van het vlaktecontact.
Labyrintafdichtingen
Contactloze afdichtingen die veel worden gebruikt in turbines en compressoren.
Veel voorkomende gebreken:
- Tandslijtage: labyrinttanden versleten of gebroken door wrijving.
- Toename van de speling: slijtage of thermische groei opent de speling en tast de afdichtingseffectiviteit aan.
- Wrijven: Contact door overmatige trillingen of asbeweging beschadigt de tanden.
- Afzettingen: koolstof of kalkaanslag de speling verandert.
Symptomen: verhoogde lekkage meetbaar als stroom- of drukverlies, een daling van de efficiëntie door interne lekkage, trillingen door schuren die in sommige gevallen kunnen leiden tot stoomwerveling, en fysieke sporen van contact zoals slijtageplekken of hitteverkleuring.
O-ringen en statische afdichtingen
- Blijvende drukvervorming: permanente vervorming door langdurige compressie.
- Chemische aantasting: niet-compatibele vloeistoffen het elastomeer aantasten.
- Extrusie: wordt de O-ring onder druk uit de groef gedrukt.
- Thermische schade: warmteveroudering, uitharding en scheuren.
3. Oorzaken van falende afdichting
Normale slijtage
- Contactafdichtingen hebben een eindige levensduur die wordt bepaald door wrijvingsslijtage.
- De typische levensduur van de lipafdichting is ongeveer 5.000-20.000 bedrijfsuren.
- De levensduur van mechanische afdichtingen is ruwweg 10.000-50.000 uur, afhankelijk van de toepassing.
- De slijtage is afhankelijk van de oppervlakteafwerking van de as, de snelheid en de smering.
Installatieschade
- De afdichtingslip is afgesneden of beschadigd tijdens de montage.
- De afdichting zit niet goed in zijn behuizing.
- Defecten aan het asoppervlak scheuren de afdichtingslip.
- Verontreiniging wordt geïntroduceerd tijdens de assemblage.
Bedrijfsomstandigheden
- Overmatige asuitloop: excentriciteit of trillingen die de capaciteit van de afdichting te boven gaan.
- Hoge temperatuur: tast elastomere materialen aan.
- Chemische onverenigbaarheid: procesvloeistoffen het afdichtingsmateriaal aantasten.
- Schurende omgeving: Deeltjes beschadigen de afdichtingsvlakken.
- Drooglopen: Verlies van smering naar de afdichting veroorzaakt snelle slijtage.
Mechanische problemen
- Overmatige trillingen door onbalans of verkeerde uitlijning.
- Asdefecten zoals krassen of inschuringen die de afdichtingslip beschadigen.
- Een defect lager waardoor de as te veel beweegt.
- Thermische groei die de passing van de afdichting verstoort.
4. Afdichtingsdefecten opsporen
Visuele indicatoren
- Lekkage: olie, vet of procesvloeistof zichtbaar bij de afdichting.
- Kleuring: verkleuring rond de afdichting door lekkage.
- Druppelen: actieve lekkage die zich onder de apparatuur verzamelt.
- Verneveling: een fijne nevel door lekkage van de hogedrukafdichting.
Operationele indicatoren
- Verlies van smeermiddel: een terugkerende behoefte om olie of vet bij te vullen.
- Verontreiniging: vuil of vocht in olie-analyse monsters.
- Lagerproblemen: Voortijdige slijtage van het lager door verontreiniging of verlies van smeermiddel
- Temperatuurstijging: opwarming van het lager door onvoldoende smering.
Trillingseffecten
- Wrijvende afdichtingen kunnen wrijvingsgeïnduceerde trillingen veroorzaken.
- Hoogfrequente componenten ontstaan door contact met de afdichting.
- In ernstige gevallen, subsynchroon Trillingen ontstaan door instabiliteit van de afdichting.
- Secundaire effecten zijn onder andere lagertrillingen door vervuiling of verlies van smering.
De trillingssymptomen zijn subtiel en breedbandig in plaats van gebonden aan één scherpe lijn, waardoor ze het meest bruikbaar zijn als ze worden vergeleken met een gezond basislijn op een spectrum: een sluipende stijging in het hoogfrequente of subsynchrone gebied, in plaats van een sprong bij 1×, is de typische afdichtingsgerelateerde signatuur.
5. Gevolgen van falende afdichting
Onmiddellijke effecten
- Verlies van smeermiddel waardoor vaak moet worden bijgevuld.
- Het binnendringen van vervuiling tast het resterende smeermiddel aan.
- Productverlies of vrijkomen van procesmedium in het milieu bij procesafdichtingen.
- Veiligheidsrisico's door gladde vloeren of het vrijkomen van giftige stoffen
Secundaire schade
- Lagerstoring: Onvoldoende smering of verontreiniging vernielt lagers
- Versnelde slijtage: Abrasieve vervuiling versnelt overal de slijtage.
- Corrosie: binnendringend vocht veroorzaakt roest en corrosie.
- Koppeling schade: Smeermiddelspray verontreinigt elastische koppelingselementen
6. Preventie en onderhoud
Juiste selectie
- Kies een afdichtingstype dat geschikt is voor de toepassing - de druk, temperatuur, snelheid en chemische omgeving.
- Gebruik de juiste afdichtingsmaat en -specificatie.
- Respecteer de vereisten voor de afwerking van het asoppervlak, doorgaans minder dan 0,8 µm Ra voor lipafdichtingen.
- Stem het elastomeer af op de vloeistof en de temperatuur (nitril, Viton, PTFE enzovoort).
Installatiepraktijken
- Reinig elk oppervlak voor het monteren.
- Gebruik het juiste installatiegereedschap — montagedoorn voor afdichtingen, nooit hamers.
- Smeer de afdichtingslippen in voordat ze worden gemonteerd.
- Bescherm de lip tijdens het schuiven over de as met behulp van een installatiehuls.
- Controleer de haaksheid en juiste passing.
Bedrijfspraktijken
- Goed onderhouden balanceren en uitlijning om beweging en trillingen van de as te verminderen.
- Houd de bedrijfstemperaturen binnen de nominale waarden van de afdichting.
- Zorg ervoor dat de smering de afdichting bereikt.
- Voorkom dat het afdichtingsgebied wordt verontreinigd met onverenigbare materialen
Preventieve vervanging
- Vervang afdichtingen tijdens gepland onderhoud in plaats van te wachten op defecten.
- Typische vervangingsintervallen zijn twee tot vijf jaar, of volgens de aanbevelingen van de fabrikant.
- Breng altijd nieuwe afdichtingen aan als een lagerhuis wordt geopend.
- Bewaar afdichtingssets in de reserveonderdelenvoorraad.
7. Speciale overwegingen
Apparatuur met hoge trillingen
- Overmatige asbeweging vernietigt afdichtingen snel.
- De oorzaak van trillingen moet worden aangepakt om een acceptabele levensduur van de afdichting te bereiken.
- Robuuste of veerbelaste afdichtingen helpen bij toepassingen met veel trillingen.
Extreme omgevingen
- Hoge temperatuur: Gebruik hogetemperatuurelastomeren of mechanische afdichtingen
- Schurend: Monteer beschermende asbussen en expellerafdichtingen om deeltjes buiten te sluiten.
- Bijtend: gebruik chemicaliënbestendige materialen en gecoate oppervlakken.
- Vacuüm: gebruik speciale afdichtingen met lage uitgassing.
8. Problemen met afdichtingen oplossen
Voortijdig falen van de afdichting
Onderzoeksgebieden:
- Controleer de toestand van het asoppervlak - ruwheid, krassen, corrosie.
- Controleer de asuitloop, want een te grote asuitloop vernietigt afdichtingen snel.
- Meet de trillingsniveaus, want hoge trillingen verkorten de levensduur van de afdichting.
- Controleer of de bedrijfstemperatuur binnen de nominale waarde van de afdichting ligt.
- Controleer op chemische incompatibiliteit.
- Onderzoek de gebruikte installatiepraktijken.
- Controleer of het type en de maat van de afdichting geschikt zijn voor de taak.
Aanhoudende lekkage
Mogelijke oorzaken en oplossingen:
- Schade aan de as: een groef is versleten op de plaats van de afdichting → repareer de as of monteer een reparatiebus.
- Overmatige uitloop: Excentriciteit van de as → corrigeer de slingering of gebruik een afdichting met een hogere capaciteit
- Verkeerde oriëntatie: de afdichting achterstevoren gemonteerd → breng deze weer correct aan.
- Beschadigde lip: Installatieschade → vervangen en juiste techniek gebruiken
- Verkeerde druk: Druk hoger dan de nominale drukwaarde van de afdichting → gebruik een drukgestuurde afdichting of verlaag de druk.
9. Afdichtingsgerelateerde trillingsproblemen
Afdichtingswrijving en instabiliteit
- Contactafdichtingen kunnen stick-slipwrijving genereren.
- Kan bijdragen aan laagfrequente trillingen of gebabbel
- Drooglopende afdichtingen zijn bijzonder gevoelig voor wrijvingstrillingen.
- Contactloze afdichtingen (labyrint) kunnen aerodynamische instabiliteiten veroorzaken
Afdichtingswrijving
- Overmatige asbeweging drijft de afdichting in hard contact met de as.
- Het contact genereert warmte en beschadigt de afdichting snel.
- Asymmetrische verwarming kan een thermische doorbuiging in de as.
- Het resultaat is vaak hoogfrequente trillingen en lawaai - een nauwe verwant van volledige rotorwrijving.
10. Invloed op machinebetrouwbaarheid
Integriteit van het smeersysteem
- Afdichtingen vormen de kritische grens van het smeersysteem.
- Een falende afdichting leidt tot verlies van smeermiddel en binnendringen van verontreinigingen
- Het resultaat is een snelle achteruitgang van de lagers.
- Dit kan leiden tot een volledige uitval van de machine.
Milieubescherming
- Afdichtingen voorkomen lekkage van procesvloeistof uit pompen en compressoren.
- Falen kan milieuvervuiling veroorzaken.
- Giftige of ontvlambare materialen vormen een ernstig veiligheidsrisico.
- Lekkage kan leiden tot problemen met de naleving van regelgeving.
11. Moderne afdichtingstechnologieën
Geavanceerde ontwerpen
- Afdichtingen met meerdere lippen: meerdere sluitlippen voor redundantie.
- Expellerafdichtingen: De centrifugale werking werpt verontreinigingen weg van de afdichting.
- Magnetische afdichtingen: een magnetische vloeistof die op zijn plaats wordt gehouden door een magnetisch veld.
- Drooggasafdichtingen: contactloze afdichtingen voor hogesnelheidscompressoren.
- Patroonafdichtingen: voorgemonteerde eenheden die de installatie vereenvoudigen.
Conditiebewaking
- Lekdetectiesystemen voor afdichtingen.
- Controle van het spoelvloeistofdebiet bij mechanische afdichtingen.
- Temperatuurbewaking op de afdichtingslocatie.
- Trillingsbewaking om problemen met afdichtingen vroegtijdig te signaleren.
12. De trillingsverbinding in de praktijk - en de Balanset-1A
Het meest effectieve dat een onderhoudsteam kan doen om de levensduur van afdichtingen te verlengen is de as stil houden. Omdat de meeste voortijdige defecten aan afdichtingen terug te voeren zijn op overmatige asbeweging door onbalans, verkeerde uitlijning of versleten lagers, beschermt het beheersen van deze oorzaken de afdichting veel betrouwbaarder dan het upgraden van de afdichting zelf. Een draagbare tweekanaalsanalyser zoals de Balanset-1A Hiermee kan een technicus in het veld bevestigen of de trillingen binnen een aanvaardbare trillingssterkte band en als er een onbalans wordt gevonden, corrigeer deze dan ter plaatse door veldbalancering de rotor in zijn eigen lagers — waardoor de excitatie wordt weggenomen die de afdichting vernielde. In combinatie met olieanalyse en temperatuurbewaking van de afdichting sluit de trillingsmeting de keten tussen een lekkende afdichting en de mechanische oorzaak die dit veroorzaakte.
Defecten aan afdichtingen, die vaak over het hoofd worden gezien naast problemen met lagers of rotoren, hebben een doorslaggevend effect op de betrouwbaarheid van machines. Een juiste selectie, zorgvuldige installatie en preventieve vervanging — in combinatie met het aanpakken van de grondoorzaken van voortijdig falen zoals trillingen, rotorslingering en verontreiniging — zorgen ervoor dat afdichtingen hun essentiële taken van smeermiddelretentie en contaminatiewering gedurende de gehele beoogde levensduur kunnen uitvoeren.
