Technologie van tandwielontkoppelingen bij centrieffen pompen: vergelijking van enkelvoudige, dubbele en cartridge-systemen

1. Inleiding

De efficiëntie en betrouwbaarheid van centrifugaal pompen op industriële ondernemingen in Oekraïne hangt kritisch af van de toestand van de asverzegelingen. Verlies van het werkmedium via de slijpvellen of verouderde constructies leidt tot noodstoppen, ecologische boetes en aanzienlijke verliezen aan productiviteit. Volgens de gegevens van onze ingenieurspraktijk bij UNITEC-D GmbH zijn meer dan 40% van de ongeplande reparaties van pompenuitrusting in de chemische, metaalurgische en energie-industrie direct gerelateerd aan het falen van de tandvormige verzegelingen. De juiste keuze van de constructie — enkelvoudig, dubbel of cartridged — bepaalt de MTBF-waarde (gemiddelde tijd tussen storingen), die voor moderne systemen moet boven de 25.000 uur continue werking liggen.

2. Fundamentele principes

De werking van het tandeloos afdichting is gebaseerd op het creëren van een gesloten contact tussen twee vlakke oppervlakken die ten opzichte van elkaar draaien. Een paar wrijvende oppervlakken is vastgemaakt op de as (draaiend ringelement), en de andere is vastgemaakt in het pompschacht (statisch ring, statisch). De dichtheid wordt bereikt door middel van een axiaal kracht, die wordt gegenereerd door de veerblok en het hydraulische druk van het medium.

De belangrijkste fysieke proces is het vormen van een vloeistofmikroplaag tussen de oppervlakken van wrijving (face gap). De dikte van deze laag is meestal tussen 0,5 en 3 micrometer. Als de laag te dun is, ontstaat droge wrijving, thermische overbelasting en beschadiging van siliciumcarbide of grafiet. Als de laag te dik is, neemt het volume-uitstroom van het medium toe. De berekening van de wrijvingsparameters is gebaseerd op het hydrodynamische drukcoëfficiënt ($K$), dat wordt bepaald door de formule:

K = (P_3 - P_b) / (P_s - P_b)

De $P_3$ — druk in de veringkamer, $P_b$ — druk op de wrijvingsvlakken (balans), $P_s$ — omgevingsdruk.

3. Technische specificaties en standaarden

Het ontwerp en de productie van aandrijfassen is beheersd door internationale en nationale normen, die de wisselbaarheid en veiligheid garanderen:

• ISO 2858 — Aandimensionale afmetingen en nominale kenmerken voor centrieffe pompen met axiaal opname (klasse PN 16).
• ISO 21049 / API 682 — Technische voorwaarden voor assenkoppelingssystemen van centrifugale en rotatieve pompen. Definieert de klassificatie van constructies (Categorieën 1, 2, 3) en de typen spoelplannen (Plan 11, 32, 53A enzovoort).
• DIN 24960 — Duitse norm voor afmetingen en classificatie van statische en draaiende kernen.
• DSTU ISO 5199 — Technische eisen voor centrieffe pompen. Klasse II.
• DSТУ EN 809 — Pompën en pompinstallaties voor vloeistoffen. Algemene veiligheidsvereisten.

Certificering volgens de normen CE en UkrSEPRO is verplicht voor het leveren van apparatuur op de Oekraïense markt, wat de conformiteit met de veiligheidsnormen NPAOP 0.00-1.59-18 garandeert.

4. Kiezen en aanpassen: Enkelvoudige, dubbele en cartridgesystemen

Technische keuze van een afdichting is gebaseerd op de fysico-chemische eigenschappen van het te pompen medium (temperatuur, viscositeit, toxiciteit, aanwezigheid van abraasief), evenals op het werkend druk en de rotatie snelheid van de as.

5. Beste montage- en inbedrijfstellingsprijzen

Fouten tijdens de montage zijn de oorzaak van 50% van de vroegtijdige falen van de sealing. Het naleven van de onderhoudsprocedure garandeert het ontwerpspanningsvermogen:

1. Controleer het radiale uitwijking van de as in de slijpzone. Dit mag niet meer zijn dan 0,05 mm voor snelheden tot 3000 omw/min.
2. Voer een axiaal verschuiving van de as (axiaal speelruimte) uit — het toegestane waarde is niet meer dan 0,13 mm.
3. Kleur de aanslagplekken. Gebruik neutrale smeren om het monteren van O-ringen te vergemakkelijken (gebruik geen minerale smeren met ethylpropyleen elastomeren EPDM).
4. Bij het monteren van het cartridge-seal moeten de bouten van het flens gelijkmatig (kruisvormig) met het aangegeven moment worden aangedraaid.
5. Na vastzets van het afdichting op de as is het noodzakelijk de montageklampen (setting clips) te verwijderen, anders is mechanisch beschadigen van de oppervlakken bij opstarten onvermijdelijk.
6. Voer een vooraf druktest uit en vul de versterkingskamer met vloeistof. Een start "op droog" zelfs gedurende 3 seconden leidt tot thermische schok en beschadiging van de grafietkernen.

6. Modus van falen en oorzaakanalyse (RCA)

Visueel inspecteren van de wrijvingsvlakken na demontage geeft de mogelijkheid om de oorzaak van de storing precies te bepalen:

• Thermische spanning (Thermal Stress): Radiale spleten in harde ringen (siliciumcarbide SiC, tungstencarbide WC). Oorzaak: werken zonder koelvloeistof of verschuiving van de spoelstromen.
• Abrasieve slijtage (Abrasive Wear): Gelijkmatige slijtage van de uiteinden met het ontstaan van diepe graven. Oorzaak: hoge hoeveelheid harde deeltjes in het milieu, afwezigheid van een cyclonische separator (Plan 31) of filter.
• Chemische corrosie (Chemical Attack): Verlenging, verzwakking of vernietiging van secundaire verstopperingen (elastomeren). Oorzaak: verkeerde materiaalkeuze (bijvoorbeeld het gebruik van Viton in een milieu met ammoniak of ketonen).
• Kavitatieverlies (Cavitation Erosion): Oppervlakkige pitting op metalen en koolstofmaterialen. Oorzaak: pompen werken buiten de werkingsgebiedkenmerken (Q-H-kromme), lage kavitatiesafstand ($NPSH_a < NPSH_r$).

7. Voorspelbaar onderhoud en toestandsschermingsmonitoring

Om incidenten op kritische pompenaggregaten van Oekraïense ondernemingen te voorkomen, worden moderne diagnostiekmethoden toegepast:

• Vibratieanalyse: Metingen van hoge frequentie vibraties (spectrale analyse met demodulatie/HFE) stellen het ontdekken van onbalans, kavitatie en de initiële fase van autonome trillingen van de sealing in.
• Termometrie: Continue temperatuurcontrole in de verstopperkamer (of barrièrevloeistof). Een temperatuurverhoging boven +85°C in waterige omgevingen wijst op een vermindering van het smeringsniveau of verontreiniging van de spoellijnen.
• Monitorage van lekkages: Voor dubbele verstopperingen - controleer het niveau en de druk van de buffervloeistof in het voedingsysteem (Plan 53A). Een drukval wijst op schade aan de binnen- of buitenverstopper.

8. Vergelijkende configuratie matrix

9. Conclusie

De keuze van een tandwielsealtechnologie voor centrieffe pompen is een ingenieursoplossing die direct invloed heeft op de veiligheid en economie van de productie. Het overstappen van slijpvetten naar moderne gebalanceerde en cartridge-systemen verlaagt het energieverbruik door wrijving en elimineert volledig oncontroleerde lekkages. Ingenieurs van UNITEC-D GmbH zijn bereid expertische ondersteuning te geven bij het kiezen van optimale componenten, het berekenen van systemen volgens API 682 en het leveren van originele vervangende onderdelen voor uw bedrijf.

Bekijk onze catalogus met betrouwbare industriële componenten op onze website: https://www.unitecd.com/e-catalog/.

10. Referentie

• ISO 21049:2004 — Pompens — Achtselingsystemen voor centrieffen draaipompen.
• API Standard 682 — Systeem voor asdichting van centrieffe en draaiende pompen, 4e editie.
• DIN EN 12756 — Mechanische seals — Hoofdmaten, aanduiding en materiaalcodes.
• DSТУ ISO 5199-2001 — Centrifugepompen. Klasse II. Technische eisen.
• Technische Whitepapers & Engineering Guidelines, UNITEC-D GmbH Laboratorium Archief, Augsburg, 2023.