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Kräfte, die auf Dichtungsvorrichtungen wirken
Bevor wir ein Dichtungselement richtig auswählen können, ist es wichtig, die Kräfte zu verstehen, die auf das Dichtungselement in der Anwendung wirken. Zunächst betrachten wir die Kräfte in einer Flanschverbindung, in der eine Dichtung verwendet wird.
Kräfte, die auf eine Dichtung wirken
Bei einer Flanschverbindung wird die Dichtung zwischen zwei Flansche gelegt, die dann mit Schrauben, Bolzen oder anderen Klemmvorrichtungen zusammengeklemmt werden.
In diesem Beispiel erzeugen die Schrauben eine Klemmlast oder Schraubenkraft, die die Dichtung zusammendrückt.
Sobald das Medium in das System eingeleitet wird, versucht der entstehende Innendruck, die Dichtung zu drücken und die Flansche zu trennen. Diese Kraft wird als hydrostatische Endkraft bezeichnet. Wenn die hydrostatische Endkraft die Schraubenkraft übersteigt, trennen sich die Flansche, und die Dichtung wird undicht oder bläst aus.
Die letzte äußere Kraft, die wir berücksichtigen müssen, ist die Atmosphäre. Mit anderen Worten: Was passiert außerhalb der Flanschbaugruppe?
Kriterien für die Produktauswahl (STAMPS)
Bolzen und Befestigungselemente
Die gebräuchlichste Methode zum Festklemmen von Dichtungsvorrichtungen ist die Verwendung von Befestigungselementen oder Bolzen. Es gibt mehrere Variablen in einem Befestigungselement, die identifiziert und verstanden werden müssen, um sicherzustellen, dass die Dichtungsvorrichtung richtig belastet wird.
Zuerst muss festgestellt werden, ob es sich bei dem Gewinde der Schraube oder des Befestigungselements um ein Fein- oder ein Grobgewinde handelt. Grobgewinde, die in der Industrie bei weitem am häufigsten vorkommen, sind zwar stärker, aber nicht so effizient wie Feingewinde. Daher benötigt eine Schraube mit Feingewinde ein geringeres Drehmoment, um die gleiche Last zu erzeugen wie eine Schraube mit Grobgewinde.
Zweitens können flache Unterlegscheiben die Übertragung der Last auf die Dichtungsvorrichtung erheblich verbessern, da sie der Mutter oder dem Schraubenkopf eine lagerähnliche Oberfläche bieten, auf der sie gleiten können. Ohne Unterlegscheiben ist es wahrscheinlicher, dass die Mutter oder der Schraubenkopf an der Kontaktfläche des Flansches, des Ventils oder anderer Geräte hängen bleibt.
Die dritte zu berücksichtigende Variable ist die Gewindebeschichtung. Beschichtungen werden in der Regel aufgetragen, um die Korrosionsbeständigkeit von Befestigungselementen zu verbessern. Darüber hinaus können sie den Wirkungsgrad verbessern, was zu höheren Druckbelastungen bei einem bestimmten Drehmoment führt.
Die vierte zu berücksichtigende Variable ist das Gewindeschmiermittel. Eine ungeschmierte Schraube hat weniger als 50 % des Wirkungsgrads einer geschmierten Schraube. Das heißt, wenn Sie eine ungeschmierte Schraube mit einem Drehmoment von 60 ft. lbs. anziehen, ist die von ihr erzeugte Drucklast etwa halb so groß wie die Last, die Sie mit der gleichen Schraube in geschmiertem Zustand erzeugen würden. Dieses Konzept wird in den nächsten Abschnitten demonstriert.
Bolzenkraft – Bolzen #1 – ohne Schmiermittel
Bei dem abgebildeten Gerät handelt es sich um ein Schraubenspannungs-Messgerät, das zur Messung der bei Anwendung eines bestimmten Drehmoments erzeugten Last in Pfund (lbs) ausgelegt ist. In diesem Beispiel wurde eine 5/8" SAE Grade 5 Grobgewindeschraube aus Kohlenstoffstahl installiert und mit einem Drehmoment von 60 ft. lbs angezogen. Die daraus resultierende Belastung beträgt 4200 lbs.
Bolzenkraft – Bolzen #2 – verzinkt, ohne Schmiermittel
In diesem Beispiel verwenden wir dieselbe Größe und Güteklasse, aber es handelt sich um eine verzinkte Schraube. Wie Sie sehen können, verbessert die Beschichtung in diesem Fall die Effizienz der Schraube und die erzeugte Last. Wenn das gleiche Drehmoment von 60 ft. lbs. angewandt wird, steigt die erzeugte Druckkraft auf 5800 lbs. an, was einer Steigerung der verfügbaren Druckkraft um fast 30 % entspricht.
Bolzenkraft – Bolzen #3 – Verzinkt mit Schmiermittel
Beim letzten Beispiel handelt es sich um eine verzinkte Schraube derselben Größe und Güte, jedoch mit einem Gewindeschmiermittel (Never Seiz auf Nickelbasis). Die Druckbelastung, die mit demselben Anfangsdrehmoment von 60 ft. lbs. erzeugt wird, beträgt jetzt 8400 lbs! Das ist das Doppelte der Kraft, die von der ursprünglichen Kohlenstoffstahl-Schraube erzeugt wurde, was beweist, wie wichtig die richtige Schmierung von Schrauben ist.
Bolzen Klasse
Diese Tabelle zeigt die gängigsten Schraubengüten, die in industriellen Anwendungen verwendet werden, sowie ihre Streckgrenze, d. h. den Spannungspunkt, an dem eine Schraube dauerhaft verformt wird (mit anderen Worten, sie federt nicht auf ihre ursprüngliche Größe zurück, wenn die Last entfernt wird).
Die Bestimmung der Schraubenklasse ist äußerst wichtig, wenn es darum geht, die richtigen Drehmomentwerte für eine Baugruppe zu ermitteln.
Schrauben aus rostfreiem Stahl ASTM A193 B8 werden zum Beispiel häufig für chemische Anwendungen verwendet, bei denen Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist. Hier sind zwei verschiedene B8-Bolzenbezeichnungen abgebildet. Es besteht jedoch ein signifikanter Unterschied in der Streckgrenze zwischen einem Bolzen der Klasse 1 (am häufigsten verwendeter Edelstahlbolzen für chemische Anwendungen) und einem der Klasse 2 (kaltverfestigter Edelstahl).
Der einzige Unterschied in der Kennzeichnung dieser Schrauben ist ein einzelner Strich unter der Kennzeichnung "B8", was die Bedeutung des richtigen Lesens der Kennzeichnungen unterstreicht.
Für eine umfassendere Liste der Schraubensorten wenden Sie sich bitte an Garlock Applications Engineering.
Medium (Media)
Das Medium ist die Flüssigkeit, die das Dichtungsgerät in oder aus einer Baugruppe abdichtet.
Dichtungsvorrichtungen werden normalerweise zum Abdichten von Gasen und/oder Flüssigkeiten verwendet. Gelegentlich kann eine Dichtungsvorrichtung erforderlich sein, um Medien in fester Form einzuschließen, jedoch liegen viele dieser Anwendungen in Form von Schlämmen vor (eine Mischung aus Flüssigkeit und Feststoff). Bei der Auswahl eines Produkts zur Abdichtung eines bestimmten Mediums ist es wichtig, nicht nur die chemische Verträglichkeit, sondern auch die Einhaltung der Emissionsvorschriften zu berücksichtigen.
So kann beispielsweise eine Dichtungsvorrichtung, die für die Abdichtung von Flüssigkeiten sehr gut geeignet ist, mit bestimmten Gasen chemisch verträglich sein, aber nicht den erforderlichen Grad an Permeationswiderstand bieten.
Bei Raffinerieanwendungen sind die beiden am häufigsten anzutreffenden Kohlenwasserstoffe die aliphatischen und die aromatischen. Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol, Benzol und Xylol sind chemisch aggressiver als aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Petroleum, Kerosin und Dieselkraftstoff. Daher erfordern aromatische Kohlenwasserstoffe in der Regel chemisch widerstandsfähigere Dichtungen aus PTFE, Graphit oder Metall, während aliphatische Kohlenwasserstoffe mit Dichtungen aus Fasern (z. B. Aramid) und Elastomeren (Nitril oder Fluorelastomere) abgedichtet werden können.
Beim Umgang mit starken Oxidationsmitteln, Alkalien und Säuren ist es sehr wichtig, die beteiligten Chemikalien und ihre Konzentrationen zu kennen.
pH-Wert-Skala
Die pH-Skala wird verwendet, um die Wasserstoffkonzentration einer Chemikalie zu messen. Wie Sie der Tabelle entnehmen können, können gewöhnliche Haushaltsprodukte, die täglich verwendet werden, bei der richtigen Konzentration einen ähnlichen pH-Wert haben wie gefährliche Chemikalien, die in der Industrie verwendet werden.
Druck (Pressure)
Die meisten Systeme arbeiten mit einer Art von konstantem Druck. Wenn jedoch Störungen im System auftreten, ist es wichtig, dies bei der Auswahl zu berücksichtigen und betriebliche Korrekturen vorzunehmen, um solche Störungen zu vermeiden. Hier sind einige Beispiele für Systemdruckschwankungen:
Geschwindigkeit (Speed)
Der letzte Teil von STAMPS ist die Geschwindigkeit.
Geschwindigkeitsangaben sind für Kompressionspackungen und hydraulische Komponenten erforderlich, die in Pumpen und anderen rotierenden oder sich hin- und herbewegenden Geräten verwendet werden.
Bei rotierenden Geräten muss die Geschwindigkeit in Fuß pro Minute (FPM) angegeben werden. Der Grund dafür, dass die Geschwindigkeit auf diese Weise ausgedrückt wird, ist, dass eine Welle mit großem Durchmesser, die sich mit einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) dreht, tatsächlich eine höhere FPM-Oberflächengeschwindigkeit hat als eine Welle mit kleinem Durchmesser, die sich mit der gleichen U/min dreht.
Bei oszillierenden Anwendungen ist es wichtig, die Länge des Hubs und die Zyklen pro Minute zu kennen. Diese Informationen werden dann zur Berechnung der Geschwindigkeit der Welle oder des Kolbens verwendet.