Înțelegerea defectelor de etanșare la mașinile rotative
Defecte de etanșare sunt deteriorările, uzura sau defecțiunile propriu-zise care afectează componentele de etanșare a căror sarcină este să rețină lubrifiantul și să împiedice pătrunderea contaminanților în mașinile rotative. Familiile uzuale sunt etanșările cu buză (simeringuri radiale de arbore), etanșările mecanice frontale, etanșările tip labirint și inelele O, iar defectele lor se manifestă prin scurgeri de ulei sau de unsoare, pătrunderea murdăriei și a umezelii, frecare și încălzire sporite și — în unele cazuri — o contribuție la vibrații prin frecare sau prin instabilități transmise de fluid. Etanșările pot părea piese minore, însă defectarea lor are consecințe grave: pierderea lubrifierii duce la defecțiunea rulmentului, contaminarea accelerează uzurărapidă, iar la pompele de proces o etanșare defectă poate însemna pierderea produsului, eliberare în mediu sau un veritabil pericol pentru siguranță.
1. De ce contează etanșările mai mult decât par
O etanșare reprezintă limita sistemului de lubrifiere și, la mașinile de proces, limita de izolare. Deoarece este mică și ieftină în raport cu rotorul sau cu rulmenții pe care îi protejează, este ușor de trecut cu vederea — și totuși foarte multe defectări de rulmenți nu încep deloc cu rulmentul, ci cu etanșarea care ar fi trebuit să îl protejeze. Tratarea stării etanșării ca parte integrantă a monitorizarea stării, mai degrabă decât ca un consumabil de înlocuit după ce începe să curgă, este una dintre cele mai ieftine câștiguri de fiabilitate disponibile.
2. Tipuri uzuale de etanșări și defectele lor
Garnituri de buze (garnituri radiale de arbore)
Etanșări elastomerice cu o buză flexibilă care intră în contact cu arborele rotativ.
Defecte frecvente:
- Lip wear: frecarea uzează treptat materialul buzei până când contactul de etanșare se pierde.
- Întărire: căldura sau îmbătrânirea întăresc elastomerul, privând buza de flexibilitate și de capacitatea de conformare.
- Cracare: în buză apar fisuri din cauza îmbătrânirii, a atacului chimic sau a unei vibrații excesive bătaia arborelui.
- Ruperea buzei: deteriorare cauzată de montaj neglijent, defecte ale arborelui sau vibrații excesive.
- Pierderea arcului de strângere: micul arc care menține contactul buzei se rupe sau cade.
Simptome: scurgeri de ulei sau de unsoare la ieșirea arborelui, contaminare vizibilă în zona rulmentului, o creștere a temperaturii rulmentului pe măsură ce lubrifiantul se pierde și o creștere a vibrațiilor rulmentului pe măsură ce contaminarea se intensifică.
Garnituri mecanice frontale
Utilizate în pompe și în aplicații de înaltă presiune, cu două suprafețe rectificate de precizie care alunecă una pe cealaltă.
Defecte frecvente:
- Face wear: suprafețele de contact se uzează, iar scurgerile cresc.
- Deteriorarea suprafeței: zgârieturi, ciobiri sau fisuri termice pe suprafețele de etanșare.
- Defectarea inelului O: garniturile secundare se deteriorează.
- Defectarea arcului: arcurile care asigură presiunea pe suprafață se rup sau slăbesc.
- Cocsificare și depuneri: acumularea de material împiedică contactul corect între fețe.
Simptome: scurgeri vizibile la garnitură, emisie de abur sau de vapori la etanșarea fluidelor fierbinți, un zgomot strident provocat de contactul dintre suprafețe, temperatură ridicată a garniturii și vibrații cauzate de instabilitatea contactului dintre suprafețe.
Garnituri labirint
Etanșări fără contact, utilizate pe scară largă în turbine și compresoare.
Defecte frecvente:
- Tooth wear: dinții labirintului uzați sau rupți prin frecare.
- Creșterea spațiului liber: uzura sau dilatarea termică mărește jocul și diminuează eficacitatea etanșării.
- Frecări: contactul provocat de vibrații excesive sau de mișcarea arborelui deteriorează dinții.
- Depuneri: acumularea de carbon sau de depuneri modifică jocurile.
Simptome: scurgeri mărite, măsurabile ca pierdere de debit sau de presiune, o scădere a randamentului din cauza scurgerilor interne, vibrații provocate de frecări care în unele cazuri pot declanșa vârtej de aburși dovezi fizice de contact, cum ar fi urme de uzură sau decolorare cauzată de căldură.
Inele O și etanșări statice
- Deformare permanentă la compresiune: deformare permanentă din cauza compresiunii prelungite.
- Atac chimic: fluidele incompatibile degradează elastomerul.
- Extrudare: inelul O este împins afară din canelura sa sub presiune.
- Deteriorare termică: îmbătrânire termică, întărire și fisurare.
3. Cauzele defectării etanșărilor
Uzură normală
- Garniturile cu contact au o durată de viață finită, determinată de uzura prin frecare.
- Durata de viață tipică a unei etanșări cu buză este de aproximativ 5.000–20.000 de ore de funcționare.
- Durata de viață a unei etanșări mecanice este de aproximativ 10.000–50.000 de ore, în funcție de aplicație.
- Rata de uzură depinde de finisajul suprafeței arborelui, de viteză și de lubrifiere.
Daune la instalare
- Buza etanșării este tăiată sau deteriorată în timpul montării.
- Etanșarea nu este așezată corect în locașul său.
- Defectele suprafeței arborelui rup buza etanșării.
- Contaminarea este introdusă în timpul asamblării.
Condiții de funcționare
- Bătaie excesivă a arborelui: excentricitate sau vibrații care depășesc capacitatea etanșării’.
- Temperatură ridicată: degradează materialele elastomerice.
- Incompatibilitate chimică: fluidele de proces atacă materialul etanșării.
- Mediu abraziv: particulele deteriorează fețele etanșării.
- Funcționare uscată: pierderea lubrifierii etanșării provoacă o uzură rapidă.
Probleme mecanice
- Vibrații excesive de la dezechilibra sau nealiniere.
- Defecte ale arborelui cum ar fi zgârieturile sau urmele care macină buza etanșării.
- Defectarea lagărului care permite mișcarea excesivă a arborelui.
- Dilatare termică ce perturbă potrivirea etanșării.
4. Detectarea defectelor de etanșare
Indicatori vizuali
- Scurgere: ulei, vaselină sau fluid de proces vizibil la nivelul etanșării.
- Colorare: decolorare în jurul etanșării din cauza scurgerilor.
- Picură: scurgere activă care se acumulează sub echipament.
- Pulverizare: un jet fin provenit dintr-o scurgere a etanșării de înaltă presiune.
Indicatori operaționali
- Pierderea lubrifiantului: o nevoie recurentă de a completa uleiul sau unsoarea.
- Contaminare: murdărie sau umiditate în oil-analysis samples.
- Probleme cu rulmenții: Uzura prematură a rulmenților din cauza contaminării sau pierderii lubrifiantului
- Creșterea temperaturii: încălzirea rulmentului din cauza lubrifierii inadecvate.
Efecte de vibrații
- Frecarea garniturilor poate genera vibrații induse de frecare.
- Componentele de înaltă frecvență provin din contactul garniturii.
- În cazuri severe, subsincron vibrația se dezvoltă din instabilitatea garniturii.
- Efectele secundare includ vibrația rulmentului cauzată de contaminare sau de pierderea lubrifierii.
Simptomele de vibrație sunt subtile și de bandă largă, mai degrabă decât legate de o singură linie distinctă, astfel încât sunt cele mai utile interpretate în raport cu o stare sănătoasă linie de bază on a spectru: o creștere lentă în regiunea de înaltă frecvență sau sub-sincronă, mai degrabă decât un salt la 1×, este semnătura tipică asociată garniturii.
5. Consecințele defectării garniturii
Efecte imediate
- Pierderea lubrifiantului care necesită reumplere frecventă.
- Pătrunderea contaminanților care degradează lubrifiantul rămas.
- Pierderea produsului sau eliberarea în mediu în cazul garniturilor de proces.
- Pericole de siguranță cauzate de podele alunecoase sau de eliberarea de materiale toxice
Daune secundare
- Defecțiunea rulmentului: Lubrifierea sau contaminarea inadecvată distrug rulmenții
- Uzură accelerată: contaminarea abrazivă accelerează uzura pretutindeni.
- Coroziune: pătrunderea umidității provoacă rugină și coroziune.
- Cuplaj damage: Spray-ul lubrifiant contaminează elementele de cuplare elastomerice
6. Prevenire și întreținere
Selecție corectă
- Alegeți un tip de garnitură potrivit pentru aplicație — presiunea, temperatura, viteza și mediul chimic ale acesteia.
- Folosiți dimensiunea și specificația corecte ale garniturii.
- Respectați cerința privind finisarea suprafeței arborelui, de obicei sub 0,8 µm Ra pentru garniturile cu buză.
- Potriviți elastomerul cu fluidul și temperatura (nitril, Viton, PTFE și așa mai departe).
Practici de instalare
- Curățați fiecare suprafață înainte de montare.
- Folosiți scule de montaj adecvate — dispozitive de presare a garniturilor, niciodată ciocane.
- Lubrifiați buzele garniturii înainte de montare.
- Protejați buza de etanșare în timp ce o glisați peste arbore, folosind o bucșă de montaj.
- Verificați perpendicularitatea și așezarea corectă.
Practici operaționale
- Mențineți o bună echilibrare și aliniere pentru a reduce mișcarea și vibrațiile arborelui.
- Mențineți temperaturile de funcționare în limitele specificate ale garniturii de etanșare’.
- Asigurați-vă că lubrifierea ajunge efectiv la garnitura de etanșare.
- Evitați contaminarea zonei de etanșare cu materiale incompatibile
Înlocuire preventivă
- Înlocuiți garniturile de etanșare în cadrul mentenanței programate, în loc să așteptați apariția defecțiunii.
- Intervalele tipice de înlocuire sunt de doi până la cinci ani sau conform recomandării producătorului’.
- Montați întotdeauna garnituri de etanșare noi atunci când carcasa unui rulment este deschisă.
- Păstrați kituri de garnituri de etanșare în inventarul de piese de schimb.
7. Considerații speciale
Echipamente cu vibrații ridicate
- Mișcarea excesivă a arborelui distruge rapid etanșările.
- Cauza fundamentală a vibrațiilor trebuie soluționată pentru a obține o durată de viață acceptabilă a garniturii de etanșare.
- Garniturile de etanșare de mare rezistență sau cu arc ajută în aplicațiile cu vibrații ridicate.
Medii extreme
- Temperatură ridicată: Utilizați elastomeri pentru temperaturi ridicate sau etanșări mecanice
- Abraziv: montați bucșe de protecție pentru arbore și garnituri de etanșare cu efect de expulzare pentru a exclude particulele.
- Coroziv: folosiți materiale rezistente la substanțe chimice și suprafețe acoperite.
- Vid: folosiți garnituri de etanșare speciale cu degazare redusă.
8. Depanarea problemelor de etanșare
Defecțiune prematură a etanșării
Domenii de investigație:
- Verificați starea suprafeței arborelui — rugozitate, zgârieturi, coroziune.
- Verificați bătaia arborelui, deoarece bătaia excesivă distruge rapid etanșările.
- Măsurați nivelurile de vibrații, deoarece vibrațiile ridicate reduc durata de viață a etanșărilor.
- Confirmați că temperatura de funcționare se încadrează în limitele specificate ale garniturii de etanșare’.
- Verificați incompatibilitatea chimică.
- Examinați practicile de montaj utilizate.
- Verificați dacă tipul și dimensiunea garniturii de etanșare sunt corecte pentru regimul de funcționare.
Scurgere persistentă
Cauze posibile și soluții:
- Deteriorarea arborelui: un canal uzat la locul garniturii de etanșare → reparați arborele sau montați o bucșă de reparație.
- Bătaie excesivă: Excentricitatea arborelui → bătaia corectă a bătăii sau folosiți o etanșare cu capacitate mai mare
- Orientare greșită: garnitura montată invers → reinstalați-o corect.
- Buză deteriorată: Deteriorarea instalării → înlocuiți și utilizați tehnica adecvată
- Presiune incorectă: presiune care depășește valoarea nominală a garniturii → utilizați o garnitură rezistentă la presiune sau reduceți presiunea.
9. Probleme de vibrații legate de etanșări
Fricțiunea și instabilitatea etanșării
- Garniturile de contact pot genera frecare de tip stick-slip (lipire-alunecare).
- Poate contribui la vibrații sau vibrații de joasă frecvență
- Garniturile care funcționează uscat sunt deosebit de predispuse la vibrații cauzate de frecare.
- Garniturile fără contact (labirintul) pot crea instabilități aerodinamice
Frecarea etanșării
- Mișcarea excesivă a arborelui forțează garnitura în contact puternic cu arborele.
- Contactul generează căldură și deteriorează rapid garnitura.
- Încălzirea asimetrică poate produce o arc termic in the shaft.
- Rezultatul constă adesea în vibrații și zgomot de înaltă frecvență — o rudă apropiată a frecare rotor.
10. Impactul asupra fiabilității mașinii
Integritatea sistemului de lubrifiere
- Garniturile reprezintă limita critică a sistemului de lubrifiere.
- Defectarea etanșării duce la pierderea lubrifiantului și la pătrunderea contaminării
- Rezultatul este deteriorarea rapidă a rulmentului.
- Aceasta poate degenera într-o defectare completă a mașinii.
Protecția mediului
- Garniturile previn scurgerea fluidului de proces din pompe și compresoare.
- Defectarea poate cauza contaminarea mediului.
- Materialele toxice sau inflamabile ridică probleme grave de siguranță.
- Scurgerile pot crea probleme de conformitate cu reglementările.
11. Tehnologii moderne de etanșare
Modele avansate
- Garnituri cu buze multiple: mai multe buze de etanșare pentru redundanță.
- Garnituri cu expulzor: acțiunea centrifugă proiectează contaminanții departe de garnitură.
- Garnituri magnetice: un fluid magnetic menținut în poziție de un câmp magnetic.
- Dry-gas seals: garnituri fără contact pentru compresoare de mare viteză.
- Garnituri tip cartuș: unități preasamblate care simplifică instalarea.
Monitorizarea stării
- Sisteme de detectare a scurgerilor de garnitură.
- Monitorizarea debitului fluidului de spălare la etanșările mecanice.
- Monitorizarea temperaturii în zona etanșării.
- Monitorizarea vibrațiilor pentru a semnala din timp problemele legate de etanșare.
12. Legătura cu vibrațiile în practică — și Balanset-1A
Cel mai eficient lucru pe care îl poate face o echipă de mentenanță pentru a prelungi durata de viață a etanșării este să mențină arborele liniștit. Deoarece majoritatea defectărilor premature ale etanșărilor se datorează mișcării excesive a arborelui cauzate de dezechilibra, nealiniere sau de lagăre uzate, controlarea acestor cauze fundamentale protejează etanșarea mult mai fiabil decât înlocuirea etanșării propriu-zise. Un analizor portabil cu două canale, precum Balanset-1A permite unui tehnician să confirme pe teren dacă vibrația se încadrează într-o bandă acceptabilă severity iar atunci când se constată un dezechilibru, să îl corecteze pe loc prin echilibrarea la fața locului rotorul în propriile lagăre — eliminând chiar excitația care distrugea etanșarea. Citită împreună cu analiza uleiului și monitorizarea temperaturii etanșării, măsurarea vibrațiilor închide bucla dintre o etanșare care prezintă scurgeri și defectul mecanic care a cauzat-o.
Defectele etanșărilor, deși adesea trecute cu vederea în comparație cu problemele lagărelor sau ale rotorului, au un efect decisiv asupra fiabilității utilajelor. Selecția corespunzătoare, instalarea atentă și înlocuirea preventivă — combinate cu combaterea cauzelor fundamentale ale defectării premature, precum vibrația, bătaia radială și contaminarea — permit etanșărilor să își îndeplinească îndatoririle esențiale de reținere a lubrifiantului și de excludere a contaminării pe toată durata de viață prevăzută.
