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Apr 05, 2024

Bestimmen Sie den besten Rohrleitungsplan zur Unterstützung von Gleitringdichtungen in vertikalen Pumpen

Die optimale Nutzung einer Gleitringdichtung hängt direkt von der Qualität der Umgebung ab, in der sie betrieben wird. In fast jeder Anwendung ist der Schlüssel zur Langlebigkeit und Langlebigkeit von Gleitringdichtungen

Die optimale Nutzung einer Gleitringdichtung hängt direkt von der Qualität der Umgebung ab, in der sie betrieben wird. In nahezu jeder Anwendung liegt der Schlüssel zur Langlebigkeit einer Gleitringdichtung und einer verlängerten mittleren Ausfallzeit (Mean Time Between Failure, MTBF) darin, die Anforderungen der Gleitringdichtung zu verstehen und zu wissen, wie sie unterstützt werden sollte. Obwohl jede Anwendung hinsichtlich ihrer mechanischen Dichtungsanforderungen einzigartig ist, stellen vertikale Pumpenanwendungen eine Reihe spezifischer Herausforderungen dar.

Bei der Bestimmung der besten Rohrleitungspläne zur Unterstützung einer Gleitringdichtung ist es wichtig, zunächst zu verstehen, wie sich verschiedene Pumpentypen auf den Dichtungskammerdruck auswirken können. Beispielsweise hängt der Dichtungskammerdruck einer vertikal fliegenden Pumpe (OH3) von bestimmten Laufradmerkmalen ab. Bei einer vertikalen Sumpfpumpe (VS5) hingegen liegt der Dichtungskammerdruck sehr nahe am Atmosphärendruck, da die Druckleitung außerhalb der Schachtsäule verläuft. Dieser Artikel konzentriert sich auf drei einzigartige Pumpenkategorien: vertikale Turbinen- und Nassgrubenpumpen, vertikale Sumpf- und Schlammpumpen und vertikale fliegende Pumpen.

Die Gleitringdichtung einer vertikalen Turbine oder Nassgrubenpumpe befindet sich in der Wellensäule über der Montageplatte der Pumpe. Prozessflüssigkeit wird durch die Schaftsäule nach oben befördert und verlässt die Pumpe über den Auslassstutzen. Aus diesem Grund entspricht der Druck in der Dichtungskammer dem Auslassdruck der Pumpe. Die mechanische Dichtung muss ordnungsgemäß entlüftet werden, um Dampfblasenbildung zu verhindern. Daher sollte die Spülöffnung axial so hoch wie möglich liegen (über den Dichtungsflächen).

Der am häufigsten für diese Art von Pumpen gewählte Rohrleitungsplan ist ein Plan 13 des American Petroleum Institute (API), der so dimensioniert sein muss, dass eine ausreichende Spülströmung über die Dichtungsflächen gewährleistet ist, um diese kühl und geschmiert zu halten. Der Hauptvorteil von API Plan 13 in dieser Anordnung besteht darin, dass es eine kontinuierliche Entlüftung der Prozessflüssigkeit ermöglicht, um eine Dampfansammlung in der Dichtungskammer und eine Dampfsperre der Dichtung zu vermeiden.

Beim Betrieb einer vertikalen Gleitringdichtung sind die axialen Positionen der Spülanschlüsse wichtig. Um das bestmögliche Entlüftungsszenario zu ermöglichen, sollten sich die Spülöffnungen (FO) so weit außen wie möglich über den Dichtungsflächen befinden. Im Gegensatz dazu sollten bei jeder vertikal ausgerichteten Dichtung die Spülanschlüsse (FI) unterhalb der FO-Anschlüsse liegen. Wenn möglich, sollten die Spülöffnungen in der Gleitringdichtung tangential sein, um den Durchfluss durch die Dichtung zu erleichtern.

API Plan 13 kann auch zum Entfernen von Feststoffen aus der Dichtungskammer verwendet werden. Wenn sich Feststoffe in der Prozessflüssigkeit befinden, wird empfohlen, API Plan 13 in Verbindung mit einer Entlüftungsbuchse (normalerweise vom Pumpenhersteller geliefert) zu verwenden und API Plan 32 für eine ordnungsgemäße Spülung der Dichtungskammer beizufügen.

Vertikale Sumpf- und Schlammpumpen unterscheiden sich von vertikalen Turbinenpumpen dadurch, dass die Prozessflüssigkeit nicht über die Schachtsäule abgeführt wird. An den Auslassstutzen ist ein separater Rohrleitungsstrang angeschlossen, so dass die Prozessflüssigkeit außerhalb der Schachtsäule an einen separaten Ort abgeleitet wird.

Dadurch bleibt der Großteil der Schachtsäule leer (mit Luft oder Dampf gefüllt) und unter Atmosphärendruck. Da dies der Fall ist, muss die Gleitringdichtung lediglich verhindern, dass unerwünschte Dämpfe in die Atmosphäre gelangen. Je nach gewähltem Rohrleitungsplan kann hierfür ein Gas- oder Flüssigkeitssperrflüssigkeitssystem eingesetzt werden.

Die API-Pläne 53, 54 und 74 sehen eine unter Druck stehende Sperrflüssigkeit (Flüssigkeitssperrflüssigkeit für Plan 53 und 54, Gassperrflüssigkeit für Plan 74) in der Dichtung vor, um zu verhindern, dass die Prozessflüssigkeit in die Atmosphäre gelangt. Dies kann besonders kritisch sein, wenn ein vertikaler Sumpf oder eine Schlammpumpe abgedichtet wird, wo sich Dampf in der Schachtsäule ansammeln kann. Wenn ein Druckbarrieresystem für einen vertikalen Sumpf oder eine Schlammpumpe ausgewählt wird, muss unbedingt sichergestellt werden, dass in der Schachtsäule ein Entleerungsanschluss vorhanden ist. Wenn der Ablassanschluss nicht vorhanden ist, könnte sich die Schaftsäule mit Flüssigkeit füllen und die Dichtung unter Überdruck setzen.

Bei einer vertikal hängenden Pumpe befindet sich die Gleitringdichtung genau über der Rückseite des Laufrads, ähnlich wie bei einer horizontal hängenden Pumpe. Da dies der Fall ist, haben die Merkmale im Laufrad einen erheblichen Einfluss auf den in der Dichtungskammer wirkenden Druck. Verschleißringe ermöglichen eine enge Wechselwirkung zwischen dem Laufrad und dem Pumpengehäuse, um zu verhindern, dass die austretende Flüssigkeit zurück zum Ansaugkanal zirkuliert. Sie verringern außerdem die axiale Belastung des Laufrads, indem sie den Differenzdruck zwischen der Vorderseite des Laufrads und der Dichtungskammer verringern. Abhängig von den Merkmalen des Laufrads würde der Druck in der Dichtungskammer bei vertikal fliegenden Pumpen zwischen Saug- und Förderdruck liegen.

Ausgleichslöcher sind Löcher im Laufrad, die es ermöglichen, dass hoher Druck hinter dem Laufrad (und in der Dichtungskammer) durch das Laufrad in den Ansaugbereich gelangt. Dadurch wird auch die axiale Belastung des Laufrads verringert und der Dichtungskammerdruck nahe an den Saugdruck gebracht.

Halsbuchsen befinden sich zwischen der Rückseite des Laufrads und dem Hals der Dichtungskammer und werden verwendet, um Druck in der Dichtungskammer aufzubauen, Prozessflüssigkeit von Spülflüssigkeit in der Dichtungskammer zu isolieren oder als Gleitlager zu fungieren, um die Welle vorher zu zentrieren in die Dichtungskammer gelangen. Je nach Länge und Abstand über der Welle wirken sich Halsdurchführungen auf den auf die Gleitringdichtung wirkenden Druck aus und müssen bei der Auswahl eines Rohrleitungsplans berücksichtigt werden.

Die gebräuchlichsten Rohrleitungspläne für vertikal hängende Pumpen sind API Plan 13, 14 und 32. Jeder dieser Rohrleitungspläne sorgt für einen Spülstrom über die Gleitringdichtungsflächen, um diese kühl und geschmiert zu halten.

API Plan 13 bringt die Spülflüssigkeit aus der Dichtungskammer zurück in den Saugbereich. Dies kann zur Senkung des Dichtungskammerdrucks verwendet werden, sofern der Dichtungskammerdruck höher als der Saugdruck ist.

API Plan 14 nutzt den Differenzdruck zwischen Ansaug- und Auslassdruck, um eine kontinuierliche Entlüftung und einen konstanten Durchfluss durch die Dichtungskammer zu erzeugen. Vertikale fliegende Pumpen verwenden einen API-Plan 14, um den Druck in der Dichtungskammer zu erhöhen, wenn die Dampfdruckspanne ein Problem darstellt, und gleichzeitig eine kontinuierliche Entlüftung und Spülströmung zu erreichen. Dies kann in manchen Fällen einen langen Trockenlauf beim Anfahren verhindern.

API Plan 32 bringt kühle, saubere Spülflüssigkeit von einer externen Druckquelle in die Dichtungskammer. Bei Bedarf sollte mindestens API Plan 32 verwendet werden, um die Dichtungskammer zu füllen, bevor die Pumpe in Betrieb genommen wird. Außerdem würde ein zusätzlicher Entlüftungsanschluss an der Gleitringdichtung angebracht, um die Dichtungskammer zu entlüften. Bei Verwendung zum Entfernen von Feststoffen aus der Dichtungskammer wird die Verwendung einer Entlüftungsbuchse in Verbindung mit API Plan 32 empfohlen.

Um eine Gleitringdichtung in einer vertikalen Pumpe optimal zu unterstützen, ist es wichtig zu berücksichtigen, wie sich die Pumpenausrüstung auf den Dichtungskammerdruck auswirken kann, damit der richtige Rohrleitungsplan ausgewählt werden kann.

Und wenn eine Gleitringdichtung richtig unterstützt wird, hat sie die besten Chancen, zuverlässig und effektiv zu arbeiten.

Nächster Monat: Prüfnorm für Vierteldrehventile

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Garrett Marsala ist Ingenieur für angewandte technische Lösungen bei Flowserve und arbeitet seit 2012 mit Kunden in der Durchflussbranche zusammen. Er verfügt über einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau von der University of California, Riverside.