Mechanical Seal¶
Samenvatting¶
Een Mechanical Seal (mechanische asafdichting) is een hoogwaardige afdichting die voorkomt dat product langs een draaiende as uit een tank of machine lekt. In tegenstelling tot een eenvoudige lipseal maakt een mechanical seal gebruik van twee uiterst vlak afgewerkte afdichtvlakken die tegen elkaar worden gedrukt.
Mechanical seals worden toegepast wanneer hoge eisen worden gesteld aan betrouwbaarheid, hygiëne, drukbestendigheid en een minimale lekkage. Daarom zijn ze de standaardkeuze voor veel menginstallaties in de voedingsmiddelen-, farmaceutische, chemische en biotechnologische industrie.
Binnen Jongia behoren mechanical seals tot de belangrijkste componenten van een menginstallatie. De juiste keuze van het afdichtingstype en de gebruikte materialen heeft een grote invloed op de levensduur van de installatie en de bedrijfszekerheid.
Theorie¶
Waarom is een mechanical seal nodig?¶
Bij vrijwel iedere industriële menginstallatie draait een as door het deksel of de wand van een tank.
Hier ontstaat een opening waardoor:
- product naar buiten kan lekken;
- lucht naar binnen kan worden gezogen;
- vuil of bacteriën het proces kunnen binnendringen.
Een mechanical seal sluit deze opening af terwijl de as vrij kan blijven draaien.
Hoe werkt een mechanical seal?¶
Een mechanical seal bestaat uit twee zeer vlak afgewerkte afdichtvlakken.
- Eén afdichtvlak draait mee met de as.
- Het andere blijft stilstaan in de behuizing.
De afdichtvlakken worden door veren en de procesdruk tegen elkaar gedrukt.
Tussen beide vlakken bevindt zich een microscopisch dun vloeistoffilmpje.
Dit laagje:
- smeert de afdichtvlakken;
- voert warmte af;
- beperkt slijtage;
- voorkomt droge wrijving.
Daardoor ontstaat een vrijwel lekvrije afdichting.
Opbouw van een mechanical seal¶
Hoewel uitvoeringen verschillen per fabrikant, bestaat een mechanical seal meestal uit:
- roterende afdichtring;
- stationaire afdichtring;
- veren;
- O-ringen of andere elastomeren;
- bevestigingsonderdelen.
Afhankelijk van het ontwerp kunnen extra componenten aanwezig zijn, zoals een cartridgebehuizing of spoelaansluitingen.
Materialen van de afdichtvlakken¶
De afdichtvlakken worden gemaakt van zeer slijtvaste materialen.
Veel voorkomende combinaties zijn:
- koolstof (Carbon);
- siliciumcarbide (SiC);
- wolfraamcarbide (WC);
- keramiek.
De materiaalkeuze hangt af van:
- slijtage;
- chemische bestendigheid;
- temperatuur;
- druk;
- producteigenschappen.
Elastomeren¶
Naast de afdichtvlakken bevat een mechanical seal elastische afdichtingen.
Veel gebruikte materialen zijn:
- EPDM;
- FKM (Viton®);
- PTFE;
- FFKM.
Ook hier bepaalt het procesmedium welke materiaalsoort geschikt is.
Single Seal¶
Een Single Seal bestaat uit één afdichtingsset.
Voordelen:
- eenvoudige constructie;
- lagere kosten;
- geschikt voor veel standaardtoepassingen.
Wordt veel toegepast in de voedingsmiddelenindustrie.
Double Seal¶
Een Double Seal bestaat uit twee afdichtingen met daartussen een buffer- of spervloeistof.
Voordelen:
- hogere bedrijfszekerheid;
- minder kans op lekkage;
- geschikt voor gevaarlijke producten;
- betere koeling.
Double seals worden toegepast bij:
- toxische stoffen;
- vluchtige oplosmiddelen;
- hoge drukken;
- steriele processen.
Cartridge Seal¶
Een mechanical seal kan worden geleverd als Cartridge Seal.
Hierbij zijn alle onderdelen:
- voorgemonteerd;
- gecentreerd;
- afgesteld.
Dit maakt de montage eenvoudiger en verkleint de kans op fouten.
Een cartridge seal is dus geen ander werkingsprincipe, maar een andere constructievorm van een mechanical seal.
Spoelen en koelen¶
Sommige mechanical seals maken gebruik van een spoel- of koelsysteem.
Dit systeem zorgt voor:
- warmteafvoer;
- smering;
- afvoer van vervuiling;
- bescherming van de afdichtvlakken.
Bij dubbele seals wordt hiervoor vaak een gesloten buffersysteem gebruikt.
Wanneer wordt een mechanical seal toegepast?¶
Mechanical seals worden gekozen wanneer:
- lekkage moet worden voorkomen;
- hoge hygiëne vereist is;
- CIP- of SIP-reiniging plaatsvindt;
- de procesdruk hoog is;
- het product kostbaar is;
- gevaarlijke stoffen worden verwerkt.
Voor eenvoudige toepassingen kan een lipseal voldoende zijn.
Mechanical Seal versus Lipseal¶
| Mechanical Seal | Lipseal |
|---|---|
| Twee nauwkeurige afdichtvlakken | Elastische afdichtlip |
| Geschikt voor hoge druk | Geschikt voor lage druk |
| Zeer geringe lekkage | Beperkte lekkage mogelijk |
| Hogere aanschafprijs | Lagere aanschafprijs |
| Complexere constructie | Eenvoudige constructie |
De keuze hangt af van de eisen van het proces.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia worden mechanical seals zorgvuldig geselecteerd op basis van het product, de procesomstandigheden en de hygiënische eisen van de klant. Voor veel menginstallaties in de voedingsmiddelenindustrie is een single mechanical seal voldoende, terwijl in de chemische en farmaceutische industrie vaak een double seal wordt toegepast.
Tijdens de engineering worden onder andere de volgende factoren beoordeeld:
- viscositeit van het product;
- temperatuur;
- druk;
- toerental;
- CIP- en SIP-reiniging;
- chemische samenstelling;
- veiligheidseisen.
Omdat een defecte mechanical seal kan leiden tot productverlies, stilstand of verontreiniging, vormt de afdichting een belangrijk aandachtspunt tijdens onderhoud en inspectie.
Veelgemaakte fouten¶
- Mechanical Seal en Cartridge Seal als verschillende afdichtingen zien. Een cartridge seal is een voorgemonteerde uitvoering van een mechanical seal.
- Een mechanical seal verwarren met een lipseal. Een lipseal is eenvoudiger en bedoeld voor minder zware toepassingen.
- Droog laten draaien. Mechanical seals zijn ontworpen om te werken met een dun smeerfilmpje; drooglopen kan de afdichtvlakken snel beschadigen.
- De verkeerde materiaalcombinatie kiezen. Zowel de afdichtvlakken als de elastomeren moeten chemisch bestand zijn tegen het procesmedium.
- Een kleine lekkage negeren. Een beginnende lekkage kan wijzen op slijtage of een onjuiste afstelling en moet tijdig worden onderzocht om grotere schade te voorkomen.