Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Uszczelnienia wargowe czy obrotowe?

-- piątek, 04 sierpień 2017

Uszczelki wargowe skutecznie chronią łożyska toczne silników elektrycznych, różnego rodzaju pomp czy maszyn w procesach przemysłowych przed utratą smaru i zanieczyszczeniami. Czy zawsze jednak stosowane są w optymalnej konfiguracji? By odpowiedzieć na to pytanie, warto dokonać analizy kosztów cyklu życia.

Praca wału napędowego o średnicy 20 mm, z maksymalną prędkością 2000 obr./min (2093 mm/s lub 82,4 cala na sekundę) to przykład stosunkowo wymagającej aplikacji w pojeździe samochodowym. Jednak jest to o wiele niższa prędkość niż np. 3600 obr./min (12 250 mm/s lub 482 cale na sekundę), czyli prędkość, jaką osiąga wał o średnicy 65 mm (~2,56 cala) pompy wirowej.

Powszechnie stosowana zasada zakłada, że zużycie wynikające z tarcia wzrasta proporcjonalnie do sześcianu (trzeciej potęgi) prędkości. Czyli jeśli dobrze zaprojektowana uszczelka wargowa w samochodzie miała żywotność 1 600 000 km przy prędkości 80 km/h, dawało to 20 000 roboczogodzin zestawu uszczelek wargowych.

W urządzeniach przemysłowych przy sześciokrotnie wyższej prędkości żywotność będzie skrócona 200-krotnie, a uszczelka będzie pracować 100 godzin, co jest bardzo kiepskim wynikiem.

Konsekwencje kosztu cyklu życia

Właściwym podejściem opartym na doświadczeniu w branży jest zastosowanie dwóch różnych scenariuszy dla
dwóch całkowicie różnych uszczelnień obudowy łożyska, jak pokazano na rys. Uszczelka wargowa została przedstawiona na górnej części wału. Dla prostego rachunku załóżmy, że koszt tej uszczelki to 5 dolarów. Na dole przedstawiono nowoczesne, obrotowe uszczelnienie labiryntowe, którego koszt określimy na 100 dolarów.

Scenariusz 1

Aby uniknąć drgań wału, wnikania wilgoci i przedwczesnego zużycia łożyska (zakładając, że koszt naprawy uszkodzonego łożyska to 6 tys. dolarów), uszczelkę wargową wymieniamy 2 razy w roku. Zakładając, że koszt pracy (razem z nadzorem) to 500 dolarów jednorazowo, koszt pracy i materiałów na rok wynosi łącznie 1010 dolarów.

Dla porównania zdecydujemy o wymianie nowoczesnego, dynamicznego uszczelnienia labiryntowego po zaledwie 2 latach pracy. W takim wypadku roczny koszt pracy to: 250 dolarów, a materiałów: 50 dolarów. Całkowity koszt roczny wyniesie więc 300 dolarów (zaawansowane labiryntowe uszczelnienia obrotowe mają cykl pracy określony na 10 lat). Różnica przekracza stosunek 3:1.

Scenariusz 2

W tym wypadku załóżmy, że będziemy korzystać z tej samej uszczelki aż do awarii. Zużycie uszczelki może spowodować uszkodzenie łożyska po prawdopodobnie dwóch latach pracy. W ten sposób pozornie zaoszczędziliśmy 1010 dolarów, jednak naprawa kosztuje zakład 6 tys. jednorazowo lub 3 tys. dolarów na rok. Wygląda więc na to, że w tym scenariuszu również tracimy.

W obu przypadkach zastosowanie zaawansowanego labiryntowego uszczelnienia obrotowego byłoby bardziej efektywne, niż stosowanie uszczelki wargowej. Choć w naszym przykładzie labiryntowe uszczelnienie rotacyjne kosztuje 20 razy więcej niż uszczelka wargowa, nie ma to znaczenia dla analizy kosztów cyklu życia. Można łatwo uzasadnić kosztowo użycie bardziej zaawansowanych labiryntowych uszczelnień obrotowych do ochrony obudowy łożysk milionów pomp, skrzyń biegów silników lub podobnego sprzętu.

Możliwa oszczędność energii

Dopóki uszczelnienie wargowe jest skuteczne (np. nie ma zużycia wargi lub
jest ono nieznaczne), a szczelność i/lub brak smarowania nie spowodowały zniszczenia wału (górna część rys.), można zakładać, że energia o wartości 160 W, powstała w wyniku tarcia, jest pochłaniana przez uszczelkę. Przy wartości 0,10 dolara/kWh daje to 140 dolarów na rok. Energia powstająca w wyniku tarcia przy zastosowaniu dobrze zaprojektowanego obrotowego uszczelnienia labiryntowego o podobnym rozmiarze (dolna część rys.) to prawdopodobnie ułamek ze 160 W.

Jeśli w scenariuszu 1 przeprowadzano by zapobiegawcze wymiany oleju, a cena oleju i jego likwidacji zgodnej z zasadami ochrony środowiska były wliczone do obliczeń, użycie nowoczesnych, dynamicznych, obrotowych uszczelnień labiryntowych byłoby jeszcze korzystniejsze.

Podsumowanie

Choć niektóre zastosowania uszczelek wargowych są wciąż uzasadnione, na rynku pojawiły się alternatywne rozwiązania, które pozwolą zwiększyć niezawodność i oszczędności energetyczne. Uszczelnienia wargowe rzadko zaspokajają potrzeby większości użytkowników pomp o średnim obciążeniu. Biorąc pod uwagę kompleksowy obraz rozważanego zagadnienia, warto zastanowić się nad zastosowaniem obrotowych uszczelnień labiryntowych. 

Autor: Heinz Bloch jest konsultantem i autorem publikacji w Process Machinery Consulting.

Tekst pochodzi z nr 4/2017 magazynu "Inżynieria i Utrzymanie Ruchu". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Przeczytaj także

Stelia uses 3D printing to create self-reinforcing aircraft fuselage panel
Stelia Aerospace believes 3D printing has the potential to go large when it comes to aircraft construction. The French-based company has unveiled the first printed self-reinforcing fuselage... więcej »
GT85 Polska wprowadza nowe usługi specjalistycznego mycia części produkcyjnych
GT85 Polska, lider dostawców rozwiązań z zakresu technologii mycia przemysłowego w Polsce wprowadza nowe usługi specjalistycznego mycia części produkcyjnych. Bazując na 19-letnim doświadczeniu w... więcej »
Głębsze zrozumienie procesów smarowania
Lepsze zrozumienie oddziaływania metali i środków smarnych Smarowanie zaworów, cylindrów i silników stwarza pewne wyzwanie, ponieważ urządzenia te składają się z elementów wykonanych z różnych... więcej »
Rewolucja w rozwiązaniach konstrukcyjnych zaworów oddechowych i przerywaczy płomienia
Rozwój produktów wymuszany przez wyzwania spływające z rynku jest zarazem zmorą i bodźcem do rozwoju dla każdego z producentów armatury zabezpieczającej zbiorniki do przechowywania i instalacje do... więcej »
Firma Hörmann nagrodzona na targach Budma 2018
Aż cztery produkty marki Hörmann nagrodzone zostały Złotymi Medalami MTP targów Budma 2018. Tej rekordowej liczbie medali odpowiadała wielkość stoiska – w tym roku firma prezentowała się na... więcej »
Połączenie świata fizycznego ze światem cyfrowym
Liderzy biznesu ostrzegają: kultura i utarte zasady pracy przedsiębiorstw nie mogą stawać na drodze postępowi technologicznemu z Przemysłowym Internetem Rzeczy (IIoT) Stanowiąc pomost między... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Forum Wentylacja-Salon Klimatyzacja
2018-02-27 - 2018-02-28
Miejsce: Warszawa
ENEX - Międzynarodowe Targi Energetyki i Elektrotechniki
2018-02-28 - 2018-03-01
Miejsce: Kielce
AUTOMATICON Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów
2018-03-20 - 2018-03-23
Miejsce: Warszawa
PRZEMYSŁ 4.0
2018-04-10 - 2018-04-10
Miejsce: Warszawa

Katalog

ABB Sp. z o.o.
ABB Sp. z o.o.
Żegańska 1
04-713 Warszawa
tel. 32 79 09 222

zobacz wszystkie




SONDA

Czy inwestycje na rzecz energooszczędności się opłacają?

Oddanych głosów: 16

50% 50 %
tak 8 głos(ów)

31.3% 31.3 %
nie 5 głos(ów)

18.8% 18.8 %
nie potrafię wyliczyć 3 głos(ów)


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2018 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce