Warunki pracy medium - temperatura, ciśnienie, odczyn pH, ścieralność cząstek stałych i lepkość - decydują o konstrukcji uszczelnienia obrotowego mocniej niż sama średnica wału czy prędkość obrotowa. W portfolio uszczelnień, które reprezentujemy na polskim rynku, różnica między wariantem do pompy kawitacyjnej a uszczelnieniem do miksera płynnej czekolady sprowadza się właśnie do tego, co znajduje się po drugiej stronie wału. Ten sam wał może więc wymagać zupełnie innego uszczelnienia, zależnie od tego, co przez nie faktycznie przepływa.
W skrócie
- Uszczelnienie obrotowe, które oferujemy pod marką CinchSeal, toleruje bicie osiowe wału do 0,6 cm i pracuje bezobsługowo.
- Standardowe modele serii MTZ pracują do 120°C, 3 barów i w pełnym zakresie pH 0-14, przy prędkości wału do 8,5 m/s.
- Wariant MTZ 740PC do pomp kawitacyjnych ma inny profil - do 130°C, ale tylko 1 bar i 2 m/s, za to toleruje bicie wału aż do 0,5 mm.
- Wbudowany mechanizm ostrzega o konieczności uzupełnienia szczeliwa z 3-4-tygodniowym wyprzedzeniem, bez zatrzymywania pompy.
Jakie cechy medium najbardziej obciążają uszczelnienie?
Pięć cech medium wyznacza granice pracy uszczelnienia obrotowego: ciśnienie, temperatura, odczyn pH, obecność cząstek ściernych oraz lepkość. Standardowe modele serii MTZ, dostarczane do pomp procesowych, pracują do 120°C, przy ciśnieniu do 3 barów i w pełnym zakresie pH 0-14. Ten sam wał z innym medium po drugiej stronie może wymagać zupełnie innego modelu, obudowy czy materiału wkładu.
W praktyce dwa parametry rzadko działają osobno. Pompa transportująca gorącą żywicę łączy wysoką temperaturę z dużą lepkością, a młyn przetwarzający cukier łączy ścieranie z ryzykiem pylenia. Uszczelnienia CinchSeal odpowiadają elastomerem (materiałem o dużej elastyczności na bazie gumy syntetycznej) zaciśniętym na wale i osłoniętym obudową z PTFE, a nie sztywnymi powierzchniami czołowymi klasycznych uszczelnień mechanicznych. MTZ spełniają przy tym standardy CEMA i ANSI (normy branżowe dla pomp i przenośników).
Jak lepkość i sypkość medium zmieniają dobór uszczelnienia?
Lepkie ciecze i sypkie proszki obciążają uszczelnienie inaczej, dlatego w ofercie są osobne warianty. Do klejów, olejów, smarów, farb, żywic, lakierów, mydła czy płynnej czekolady stosujemy uszczelnienia MTZ dla cieczy o podwyższonej lepkości, bez delikatnych części czołowych, odporne na szoki termiczne i hydrauliczne. Do mieszadeł, mieszarek proszków, przenośników ślimakowych, dozowników celkowych, młynów i kruszarek stosujemy CinchSeal, zatrzymujące straty proszku i zawiesin w miejscu przejścia wału przez obudowę.
Granica między tymi światami bywa płynna. Pompa śrubowa do cementu pracuje na pograniczu cieczy i sypkiego materiału, więc jej uszczelnienie musi jednocześnie znosić ścieranie cząstek stałych i wysokie obroty wału. Dlatego dobór nigdy nie zaczyna się od średnicy wału. Zaczyna się od samego medium.
Dlaczego pompa kawitacyjna ma inne parametry niż reszta MTZ?
Bo w pompie kawitacyjnej uszczelnienie pełni dodatkową funkcję - działa jako trzecie łożysko podpierające wał i redukujące jego bicie. Standardowe modele MTZ do pomp śrubowych, turbinowych i cieczy lepkich osiągają 120°C, 3 bary i 8,5 m/s, tolerując bicie do 0,1 mm. Model MTZ 740PC do pomp kawitacyjnych zamienia część tego zapasu na coś innego - znosi bicie aż do 0,5 mm, przy niższym ciśnieniu (1 bar) i prędkości do 2 m/s.
| Parametr | Modele standardowe MTZ | MTZ 740PC (pompy kawitacyjne) |
|---|---|---|
| Maksymalna temperatura | 120°C | 130°C |
| Maksymalne ciśnienie | 3 bary | 1 bar |
| Zakres pH | 0-14 | 0-14 |
| Maksymalne bicie wału | 0,1 mm | 0,5 mm |
| Maksymalna prędkość wału | 8,5 m/s | 2 m/s |
Ta zamiana nie jest przypadkowa. Pompy kawitacyjne z natury pracują z większym biciem wału, bo mikrowstrząsy towarzyszące kawitacji (powstawaniu i zapadaniu się pęcherzyków pary w cieczy przy spadku ciśnienia) przenoszą się na wał. Uszczelnienie kompatybilne z pompami takich marek jak Mono, Moyno czy Seepex musi więc najpierw ustabilizować wał mechanicznie, a dopiero potem uszczelniać, stąd niższy limit prędkości i ciśnienia w zamian za większą tolerancję bicia.
Co daje zakres pracy pH 0-14 w uszczelnieniu obrotowym?
Pełny zakres pH 0-14 oznacza, że jedno uszczelnienie obsłuży silnie kwaśne i silnie zasadowe medium bez zmiany materiału wkładu. W klasycznych uszczelnieniach mechanicznych taką odporność zwykle daje dobór twardych powierzchni czołowych - węglika krzemu, węglika wolframu czy ceramiki - pod konkretną chemię medium. Konstrukcja MTZ nie zawiera materiałów ceramicznych ani silikonowych, więc szerokie pH nie wynika z odporności jednego materiału, tylko z ominięcia tego typu par ciernych w ogóle.
Ma to znaczenie przy doborze do instalacji, gdzie medium zmienia się cyklicznie, na przykład przy myciu CIP (Clean-in-Place, czyszczeniu instalacji zasadowym lub kwaśnym środkiem bez demontażu) między partiami produkcyjnymi w zakładzie spożywczym lub farmaceutycznym. Uszczelnienie dobrane wyłącznie pod medium produkcyjne może nie wytrzymać cyklu mycia, nawet gdy samo medium jest łagodne chemicznie. Dlatego pytamy nie tylko o to, co płynie przez instalację, ale i czym oraz jak często jest czyszczona.
Jak medium ścierne zmienia harmonogram serwisu uszczelnienia?
Medium ścierne - cukier, proszki mineralne, zawiesiny z cząstkami stałymi - przyspiesza zużycie elementu uszczelniającego, dlatego uszczelnienia MTZ mają mechanizm ostrzegający operatora z 3-4-tygodniowym wyprzedzeniem przed uzupełnieniem szczeliwa. Dopóki w osadzie zostaje trochę materiału, w komorze utrzymuje się nadciśnienie zapobiegające spadkom ciśnienia i wyciekom, a uzupełnienie odbywa się w trakcie pracy pompy. To odwraca typowy scenariusz awaryjny, w którym zużycie ścierne ujawnia się dopiero przy wycieku.
W klasycznym uszczelnieniu dławicowym (sznurowym, dociskanym do wału w komorze) ścierne medium działa niepostrzeżenie, aż dojdzie do zapieczenia sznura, a wymiana kompletu zajmuje wtedy od kilku do kilkunastu godzin. W uszczelnieniach obrotowych typu rotor pod marką CinchSeal obudowa i wkład wymienny są w wersji dzielonej, co pozwala wymienić zestaw bez pełnego demontażu napędu. Przy medium takim jak cukier czy przyprawy, gdzie ścieranie jest stałe, różnica między podejściami decyduje, czy przestój jest zaplanowany, czy nieprzewidziany.
Kiedy praca uszczelnienia na sucho to zaleta, a kiedy ryzyko?
Zdolność pracy na sucho jest zaletą, gdy medium nie może zostać rozcieńczone ani zanieczyszczone cieczą zaporową, oraz gdy proces nie zapewnia ciągłego filmu smarującego między powierzchniami uszczelnienia. Uszczelnienia MTZ pracują na sucho i korzystają z oddzielnego płaszcza chłodzącego bez wpływu na proces, co liczy się przy mediach spożywczych, gdzie dodatkowa ciecz uszczelniająca w produkcie bywa niedopuszczalna. Klasyczne uszczelnienie mechaniczne z twardymi powierzchniami czołowymi wymaga filmu cieczowego i na sucho szybko się przegrzewa oraz zużywa.
Ryzykiem staje się wtedy, gdy medium wymaga dodatkowego chłodzenia uszczelnienia, a instalacja nie przewiduje płaszcza chłodzącego ani przedmuchu powietrza. Dlatego przy doborze do procesów wysokotemperaturowych łączymy pracę na sucho z przedmuchem powietrznym, wspierającym barierę uszczelniającą w newralgicznych aplikacjach. Decyzja zależy więc nie od samej zdolności do pracy bez cieczy, tylko od tego, czy proces potrafi odprowadzić ciepło inną drogą.
Czy pylące medium wymaga wykonania Atex lub higienicznego?
Tak, jeśli pylące medium jest drobną substancją organiczną zdolną tworzyć wybuchową mieszaninę z powietrzem, uszczelnienie powinno mieć wykonanie zgodne z dyrektywą Atex (przepisami UE dla stref zagrożonych wybuchem pyłu lub gazu) - tę opcję oferujemy dla MTZ. Cukier czy sproszkowane przyprawy w młynach to materiały, przy których ryzyko pylenia trzeba uwzględnić już na etapie doboru obudowy. Przy kontakcie z żywnością lub farmaceutykami konstrukcja musi być dopuszczona do kontaktu z produktem i spełniać normy higieniczne, jak elementy MTZ stykające się z medium.
Te dwa wymagania - atmosfera wybuchowa i higiena produktu - potrafią wystąpić jednocześnie, na przykład przy transporcie sproszkowanych dodatków spożywczych. Wtedy dobór nie kończy się na materiale wkładu, tylko obejmuje wykonanie obudowy, opcję integracji łożyskowania i sposób odprowadzenia pylenia z okolic wału. Pominięcie któregoś z tych wymagań na etapie zapytania ofertowego zwykle wychodzi na jaw dopiero przy odbiorze instalacji.
Podsumowanie
- Temperatura, ciśnienie, pH, ścieralność i lepkość medium - a nie średnica wału - wyznaczają realny zakres pracy uszczelnienia obrotowego.
- Ten sam typ pompy może wymagać innego modelu, zależnie od tego, czy priorytetem jest prędkość wału, czy tolerancja jego bicia - tak jak w różnicy między MTZ a wariantem do pomp kawitacyjnych.
- Praca na sucho, pełny zakres pH czy wykonanie Atex to cechy dobierane pod konkretne medium, a nie uniwersalne opcje pasujące do każdej instalacji.
- Dobór zaczyna się od pytania o medium i sposób czyszczenia instalacji, a kończy na wyborze modelu, materiału wkładu i wykonania obudowy.
