ซีลเชิงกลสำหรับเครื่องผสมและปั๊ม ประเทศเยอรมนี สหราชอาณาจักร สหรัฐอเมริกา อิตาลี กรีซ สหรัฐอเมริกา

มีอุปกรณ์หลายประเภทที่ต้องมีการซีลเพลาหมุนที่ผ่านตัวเรือนคงที่ ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปสองอย่างคือ ปั๊มและเครื่องผสม (หรือเครื่องกวน) แม้ว่าพื้นฐานแล้ว
หลักการในการปิดผนึกอุปกรณ์ต่าง ๆ นั้นคล้ายคลึงกัน แต่ก็มีความแตกต่างที่ต้องใช้วิธีแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน ความเข้าใจผิดนี้ได้นำไปสู่ความขัดแย้ง เช่น การอ้างอิงถึงสถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา
(API) 682 (มาตรฐานซีลเชิงกลสำหรับปั๊ม) เมื่อระบุซีลสำหรับเครื่องผสม เมื่อพิจารณาซีลเชิงกลสำหรับปั๊มเทียบกับเครื่องผสม จะมีข้อแตกต่างที่เห็นได้ชัดอยู่บ้างระหว่างสองประเภทนี้ ตัวอย่างเช่น ปั๊มแบบยื่นจะมีระยะทางสั้นกว่า (โดยทั่วไปวัดเป็นนิ้ว) จากใบพัดไปยังแบริ่งรัศมี เมื่อเทียบกับเครื่องผสมแบบเข้าด้านบนทั่วไป (โดยทั่วไปวัดเป็นฟุต)
ระยะทางที่ไม่มีการรองรับที่ยาวนี้ส่งผลให้แพลตฟอร์มไม่มั่นคงมากขึ้น มีการเบี่ยงเบนในแนวรัศมี การเยื้องศูนย์ในแนวตั้งฉาก และความเยื้องศูนย์มากกว่าปั๊ม การเบี่ยงเบนของอุปกรณ์ที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดความท้าทายในการออกแบบซีลเชิงกล แล้วถ้าการโก่งตัวของเพลาเป็นไปในแนวรัศมีอย่างเดียวล่ะ? การออกแบบซีลสำหรับสภาวะนี้สามารถทำได้ง่ายโดยการเพิ่มระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนที่หมุนและชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ พร้อมกับการขยายพื้นผิวการทำงานของหน้าซีล แต่ปัญหาไม่ได้ง่ายอย่างนั้น แรงด้านข้างที่กระทำต่อใบพัด ไม่ว่าจะอยู่ตำแหน่งใดบนเพลาของเครื่องผสม จะทำให้เกิดการโก่งตัวซึ่งส่งผลไปถึงจุดแรกของการรองรับเพลา นั่นคือแบริ่งรัศมีของเกียร์ เนื่องจากการโก่งตัวของเพลาพร้อมกับการเคลื่อนที่แบบลูกตุ้ม การโก่งตัวจึงไม่ใช่ฟังก์ชันเชิงเส้น

การโก่งตัวนี้จะมีทั้งส่วนประกอบในแนวรัศมีและเชิงมุม ซึ่งทำให้เกิดการเยื้องศูนย์ในแนวตั้งฉากที่ซีล ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาต่อซีลเชิงกลได้ สามารถคำนวณการโก่งตัวได้หากทราบคุณลักษณะสำคัญของเพลาและภาระของเพลา ตัวอย่างเช่น มาตรฐาน API 682 ระบุว่าการโก่งตัวในแนวรัศมีของเพลาที่หน้าซีลของปั๊มควรเท่ากับหรือน้อยกว่า 0.002 นิ้วของค่าการอ่านรวมที่แสดง (TIR) ​​ในสภาวะที่รุนแรงที่สุด ช่วงปกติของเครื่องผสมแบบเข้าด้านบนจะอยู่ระหว่าง 0.03 ถึง 0.150 นิ้ว TIR ปัญหาภายในซีลเชิงกลที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการโก่งตัวของเพลามากเกินไป ได้แก่ การสึกหรอของส่วนประกอบซีลที่เพิ่มขึ้น ส่วนประกอบที่หมุนได้สัมผัสกับส่วนประกอบที่อยู่กับที่ซึ่งทำให้เกิดความเสียหาย การกลิ้งและการบีบอัดของโอริงแบบไดนามิก (ทำให้เกิดความเสียหายแบบเกลียวของโอริงหรือการติดขัดที่หน้าซีล) ทั้งหมดนี้อาจนำไปสู่การลดอายุการใช้งานของซีล เนื่องจากการเคลื่อนไหวที่มากเกินไปในเครื่องผสม ซีลเชิงกลจึงอาจมีการรั่วไหลมากกว่าเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่คล้ายกันซีลปั๊มซึ่งอาจส่งผลให้ซีลถูกดึงออกโดยไม่จำเป็น และ/หรืออาจเกิดความเสียหายก่อนกำหนดหากไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด

ในบางกรณี การทำงานร่วมกับผู้ผลิตอุปกรณ์อย่างใกล้ชิดและการทำความเข้าใจการออกแบบของอุปกรณ์ อาจทำให้สามารถนำตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งมาใช้ในตลับซีลเพื่อจำกัดมุมที่หน้าสัมผัสของซีลและลดปัญหาเหล่านี้ได้ ต้องระมัดระวังในการเลือกใช้ตลับลูกปืนที่เหมาะสม และต้องเข้าใจภาระที่อาจเกิดขึ้นกับตลับลูกปืนอย่างถ่องแท้ มิเช่นนั้นปัญหาอาจแย่ลงหรืออาจก่อให้เกิดปัญหาใหม่ขึ้นได้ ผู้จำหน่ายซีลควรทำงานร่วมกับผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) และผู้ผลิตตลับลูกปืนอย่างใกล้ชิดเพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบนั้นเหมาะสม

โดยทั่วไปแล้ว การใช้งานซีลในเครื่องผสมจะมีรอบการหมุนต่ำ (5 ถึง 300 รอบต่อนาที [rpm]) และไม่สามารถใช้วิธีการแบบดั้งเดิมบางอย่างในการรักษาอุณหภูมิของของเหลวกั้นให้เย็นได้ ตัวอย่างเช่น ใน Plan 53A สำหรับซีลคู่ การไหลเวียนของของเหลวกั้นจะเกิดขึ้นจากคุณสมบัติการปั๊มภายใน เช่น สกรูปั๊มแบบแกนหมุน ความท้าทายคือ คุณสมบัติการปั๊มนี้อาศัยความเร็วของอุปกรณ์ในการสร้างการไหล และความเร็วในการผสมโดยทั่วไปไม่สูงพอที่จะสร้างอัตราการไหลที่มีประโยชน์ ข่าวดีก็คือ ความร้อนที่เกิดขึ้นที่หน้าซีลโดยทั่วไปไม่ใช่สาเหตุที่ทำให้อุณหภูมิของของเหลวกั้นสูงขึ้นในเครื่องผสมซีลเครื่องผสมความร้อนสะสมจากกระบวนการผลิตอาจทำให้อุณหภูมิของของเหลวที่เป็นฉนวนเพิ่มสูงขึ้น รวมถึงทำให้ส่วนประกอบของซีลด้านล่าง เช่น หน้าสัมผัสและวัสดุอีลาสโตเมอร์ มีความเสี่ยงต่ออุณหภูมิสูง ส่วนประกอบของซีลด้านล่าง เช่น หน้าสัมผัสของซีลและโอริง มีความเสี่ยงมากกว่าเนื่องจากอยู่ใกล้กับกระบวนการผลิต ไม่ใช่ความร้อนที่ทำลายหน้าสัมผัสของซีลโดยตรง แต่เป็นความหนืดที่ลดลงและคุณสมบัติการหล่อลื่นที่ไม่ดีของของเหลวที่เป็นฉนวนบริเวณหน้าสัมผัสของซีลด้านล่าง การหล่อลื่นที่ไม่ดีทำให้เกิดความเสียหายต่อหน้าสัมผัสเนื่องจากการสัมผัส สามารถเพิ่มคุณสมบัติการออกแบบอื่นๆ เข้าไปในตลับซีลเพื่อรักษาอุณหภูมิของของเหลวที่เป็นฉนวนให้ต่ำและปกป้องส่วนประกอบของซีลได้

ซีลเชิงกลสำหรับเครื่องผสมสามารถออกแบบให้มีขดลวดหรือปลอกระบายความร้อนภายในที่สัมผัสโดยตรงกับของเหลวกั้น คุณสมบัติเหล่านี้คือระบบวงปิด แรงดันต่ำ อัตราการไหลต่ำ ที่มีน้ำหล่อเย็นไหลเวียนผ่าน ทำหน้าที่เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในตัว อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ท่อระบายความร้อนในตลับซีลระหว่างส่วนประกอบซีลด้านล่างและพื้นผิวติดตั้งอุปกรณ์ ท่อระบายความร้อนเป็นช่องว่างที่น้ำหล่อเย็นแรงดันต่ำสามารถไหลผ่านเพื่อสร้างฉนวนกั้นระหว่างซีลและภาชนะเพื่อจำกัดความร้อนสะสม ท่อระบายความร้อนที่ออกแบบอย่างเหมาะสมสามารถป้องกันอุณหภูมิที่สูงเกินไปซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายได้หน้าแมวน้ำและวัสดุอีลาสโตเมอร์ ความร้อนสะสมจากกระบวนการผลิตทำให้อุณหภูมิของของเหลวที่เป็นฉนวนสูงขึ้นแทน

คุณลักษณะการออกแบบทั้งสองนี้สามารถใช้ร่วมกันหรือแยกกันเพื่อช่วยควบคุมอุณหภูมิที่ซีลเชิงกลได้ บ่อยครั้งที่ซีลเชิงกลสำหรับเครื่องผสมถูกกำหนดให้เป็นไปตามมาตรฐาน API 682 ฉบับที่ 4 หมวดที่ 1 แม้ว่าเครื่องจักรเหล่านี้จะไม่เป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบใน API 610/682 ในด้านการทำงาน มิติ และ/หรือกลไกก็ตาม นี่อาจเป็นเพราะผู้ใช้ปลายทางคุ้นเคยและสะดวกสบายกับ API 682 ในฐานะข้อกำหนดของซีล และไม่ทราบถึงข้อกำหนดอุตสาหกรรมบางอย่างที่เหมาะสมกว่าสำหรับเครื่องจักร/ซีลเหล่านี้ มาตรฐาน Process Industry Practices (PIP) และ Deutsches Institut fur Normung (DIN) เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสองมาตรฐานที่เหมาะสมกว่าสำหรับซีลประเภทนี้ โดยมาตรฐาน DIN 28138/28154 ได้รับการกำหนดไว้สำหรับผู้ผลิตเครื่องผสมในยุโรปมานานแล้ว และ PIP RESM003 ได้กลายเป็นข้อกำหนดที่ใช้สำหรับซีลเชิงกลในอุปกรณ์ผสม นอกเหนือจากข้อกำหนดเหล่านี้แล้ว ยังไม่มีมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งส่งผลให้ขนาดของห้องซีล ความคลาดเคลื่อนในการกลึง การโก่งตัวของเพลา การออกแบบเกียร์ การจัดเรียงตลับลูกปืน ฯลฯ มีความหลากหลายแตกต่างกันไปในแต่ละผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM)

ที่ตั้งและประเภทอุตสาหกรรมของผู้ใช้งานจะเป็นตัวกำหนดว่าข้อกำหนดใดเหมาะสมที่สุดสำหรับสถานที่นั้นๆซีลเชิงกลของเครื่องผสมการระบุมาตรฐาน API 682 สำหรับซีลของเครื่องผสมอาจเป็นค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนที่ไม่จำเป็น แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะรวมซีลพื้นฐานที่ผ่านการรับรองตามมาตรฐาน API 682 เข้ากับการกำหนดค่าเครื่องผสม แต่โดยทั่วไปแล้ววิธีการนี้จะส่งผลให้ต้องประนีประนอมทั้งในแง่ของการปฏิบัติตามมาตรฐาน API 682 และความเหมาะสมของการออกแบบสำหรับการใช้งานในเครื่องผสม ภาพที่ 3 แสดงรายการความแตกต่างระหว่างซีลประเภทที่ 1 ของ API 682 กับซีลเชิงกลของเครื่องผสมทั่วไป