Afdichtingsoplossingen voor industriële lagers

Om goed en duurzaam te werken, moeten lagers worden beschermd tegen verlies van smering en externe verontreiniging. Toch kunnen traditionele contactolieafdichtingen apparatuur ernstig beschadigen. Dit raadsel kan worden opgelost door contactloze isolatoren te gebruiken die zowel de lagers als de apparatuur waarin ze zijn geïnstalleerd beschermen.

Er worden nog steeds oliekeerringen gebruikt, hoewel er doorgaans minstens twee en soms drie van dergelijke afdichtingen nodig zijn om hetzelfde prestatieniveau te leveren als een isolator met één lager.

Lagerisolatoren hadden oorspronkelijk metalen componenten met eenvoudige paden voor dynamische afdichting en O-ringen voor statische afdichting van de as en het boorhuis. Sindsdien zijn ze geëvolueerd tot hoogtechnologische apparaten met nauwe toleranties en complexe paden met scherpe richtingsveranderingen.

Onder de omstandigheden die leiden tot het falen van lagers zijn het wegspoelen van apparatuur, onvoldoende labyrint-exclusieve ring (LER) afdichtingen en chemische aantasting. Deze kunnen worden voorkomen met standaard lagerisolatoren.

Hoewel algemeen wordt aangenomen dat grootte en temperatuur voldoende informatie zijn voor een effectieve afdichtingsoplossing, moeten ook de toepassing zelf, media, druk, snelheid en eventuele speciale kenmerken bekend zijn. Applicatiegegevensbladen moeten worden ingevuld en ter beoordeling worden ingediend bij applicatie- en productingenieurs om er zeker van te zijn dat alle relevante informatie is verstrekt.

Lagerisolatieconstructie

Industriestandaarden beperken de keuze van levensvatbare lagerisolatoren verder. Het American Petroleum Institute specificeert bijvoorbeeld vonkvrije materialen voor lagerisolatoren voor gebruik in de petroleumindustrie, de zware chemische industrie en de gasindustrie.

Deze eis is ook door andere industrieën overgenomen, waardoor brons het materiaal bij uitstek is voor lagerisolatoren. Als er geen metalen constructie nodig is, kunnen PTFE-mengsels worden gebruikt om chemisch bestendige lagerisolatoren geschikt te maken voor gebruik in farmaceutische en andere toepassingen.

Standaard lagerisolatoren zijn meestal uitgerust met O-ringen, die, indien onjuist gespecificeerd, het eerste onderdeel zijn dat bezwijkt onder chemische aantasting en extreme temperaturen. Afhankelijk van de toepassing kan in plaats van de standaard bruine FKM O-ringen PTFE ingekapseld FKM, AFLAS of siliconen worden gekozen.

Lagerisolatoren gaan tot zeven keer zo lang mee als traditionele olieafdichtingen, waardoor smeermiddel wordt vastgehouden en verontreinigingen worden uitgesloten. Bovendien kunnen ze nu ook voor elektrische afdichting zorgen. Het koppel en het vermogen van elektrische inductiemotoren die worden aangestuurd door pulsbreedtemodulatie (PMW) frequentieregelaars (VFD's) kunnen worden aangepast om met 40% lager toerental te werken voor aanzienlijke energiebesparingen.

Ongecontroleerde inductiemotoren werken op een driefasig sinusgolf-stroomschema, waarbij de frequentie, fase en amplitude van het ingangsvermogen optellen tot nul voor een gebalanceerd circuit. Wanneer VFD's worden gebruikt, wordt stroom geleverd in gecontroleerde pulsen die blokgolf of zesstapsspanning worden genoemd.

Deze pulsen creëren capacitief gekoppelde common-mode spanning (CMV) op de as, die het pad van de minste weerstand naar aarde volgt, meestal via de lagers. De oliefilm biedt onvoldoende isolatie om te voorkomen dat deze overmatige, ongebalanceerde spanning van de binnenste naar de buitenste loopringen van het lager gaat. Deze boogvorming fungeert als hechtlassen, en putjes door elektrische ontlading (EDM) resulteren in schade aan de groeven en uiteindelijk falen van het lager. Deze schade veroorzaakt een hoog geluid als de lagerelementen over de geribbelde loopvlakken rollen.

Asaarding

Om deze schade te elimineren, zijn er geleidende borstels toegevoegd aan traditionele lagerisolatoren om te voorkomen dat er spanning door de lagers gaat. Dit zorgt voor een pad met nog minder weerstand dan de lagers, waardoor de overtollige spanning veilig naar aarde kan reizen.

Eventuele CMV van de as wordt afgevoerd door de borstels, waardoor EDM wordt voorkomen. Extra dynamische afdichting kan worden aangebracht op het niet-aangedreven uiteinde van een motor door een traditionele lagerisolator te installeren. Voor grote, krachtige motoren worden geïsoleerde lagers aanbevolen om zwerfspanning door de geleidende borstels te forceren.

Lagers moeten ook worden beschermd tegen het binnendringen van externe verontreiniging. Industrieën zoals mijnbouw, energieopwekking en primaire metaalproductie stellen apparatuur bloot aan zware omstandigheden. In deze omgevingen gaan lagerisolatoren tot drie jaar mee, vergeleken met slechts drie tot zes maanden voor een typische contactlipafdichting.

Filters voor externe besmetting

Voor bijzonder vuile toepassingen zoals kolenvergruizers en mijnwagens worden luchtfilters geïntegreerd in lagerisolatoren. Deze filters, bestaande uit schuim met gesloten cellen, voorkomen dat verontreinigingen de afdichtingspaden binnendringen. Het duurzame schuim wordt in een groef in de isolator gestoken, waardoor verontreiniging naar een afvoerpoort wordt geleid.

Gespleten oliekeerringen worden al lang gebruikt om de noodzaak om apparatuur te demonteren voor installatie te elimineren. Lagerisolatoren zijn ook verkrijgbaar in gesplitste ontwerpen met enkele beperkingen, waaronder niet-metalen, overstroomde en hybride isolatoren die niet kunnen worden gesplitst vanwege hun constructiemateriaal of toepassingsvereisten.

Overstroomde applicaties

Toepassingen waarbij het smeerniveau boven de afvoerpoort ligt, sluiten het gebruik van traditionele lagerisolatoren uit, waar smeermiddel door de labyrintpaden zal reizen en lekken.

Ze zullen ook lekken als ze worden gebruikt met niet-geventileerde geforceerde smeersystemen, die drukverschillen in de paden veroorzaken. De paden houden geen druk vast, noch positief noch negatief, dus deze drukverschillen zullen ervoor zorgen dat smeermiddel door het labyrint lekt, net als onder overstroomde omstandigheden.

Dit probleem is opgelost met de ontwikkeling van een hybride afdichting met mogelijkheden die verder gaan dan die van traditionele isolatoren. Deze afdichtingen voor overstroomde toepassingen kunnen volledig worden ondergedompeld, waardoor ze evenveel druk behouden als de meeste olieafdichtingen voor algemeen gebruik.

De diversiteit van industriële afdichtingstoepassingen vereist dat ze op individuele basis worden afgestemd op lagerisolatoren, waarbij alle relevante gegevens worden verzameld en in aanmerking worden genomen. Dit vereist zorgvuldigheid, maar de beloning is een optimale oplossing voor het beschermen van de lagers en het verlengen van de levensduur van fabrieksmachines en apparatuur.

Vind hier het originele artikel 

Patrick Rhodes is een applicatie-ingenieur bij Garlock Sealing Technologies, Palmyra, NY.