Praktiker Konferenz TU Graz
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<strong>Praktiker</strong> <strong>Konferenz</strong> <strong>TU</strong> <strong>Graz</strong><br />
Verbesserung der Leistungsdaten<br />
flüssigkeitsgeschmierter Gleitringdichtungen<br />
durch strukturierte Gleitflächen<br />
LaserFace Technologie<br />
Bernhard Borngräber<br />
John Crane GmbH<br />
© John Crane
<strong>Praktiker</strong> <strong>Konferenz</strong> <strong>TU</strong> <strong>Graz</strong><br />
• Einführung<br />
• Funktionsweise mechanischer Gleitringdichtungen<br />
• Aktiver Schmierfilmaufbau<br />
• Hydrodynamische Mikro-Nuten mit aktiver<br />
Leckagereduzierung<br />
• Anwendungen<br />
• Emissionsfreie Gleitringdichtung<br />
© John Crane
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Prozessdruck<br />
Federkraft<br />
Prozessdruck<br />
Federkraft<br />
Schließkraft<br />
Öffnungskraft<br />
Kontaktdruck<br />
Hydrostat.<br />
Druck<br />
Hydrodyn.<br />
Druck<br />
Kontaktdruck<br />
Hydrostat.<br />
Druck<br />
Hydrodyn.<br />
Druck<br />
© John Crane
<strong>Praktiker</strong> <strong>Konferenz</strong> <strong>TU</strong> <strong>Graz</strong><br />
Aufgabe:<br />
• Verbesserte Schmierung der<br />
Dichtflächen durch<br />
hydrodynamischen Film bei<br />
gleichzeitig niedrigen<br />
Leckagewerten<br />
Lösung:<br />
• Bemusterung der Dichtflächen<br />
mit Strukturen zur<br />
Schmierung und<br />
Rückförderung des Produktes<br />
© John Crane
<strong>Praktiker</strong> <strong>Konferenz</strong> <strong>TU</strong> <strong>Graz</strong><br />
© John Crane
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2.5<br />
0.2<br />
Drehmoment [Nm]<br />
2<br />
1.5<br />
1<br />
0.5<br />
GLRD mit Schmier- und Rückförderstruktur (Moment)<br />
konventionlle GLRD (Moment)<br />
GLRD mit Schmier- und Rückförderstruktur (Reibbeiwert)<br />
konventionlle GLRD (Reibbeiwert)<br />
Beispiel<br />
Wasser; 10 bar; 50 °C; Welle 45 mm<br />
0.18<br />
0.16<br />
0.14<br />
0.12<br />
0.1<br />
0.08<br />
0.06<br />
0.04<br />
0.02<br />
Reibbeiwert<br />
0<br />
0<br />
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000<br />
Drehzahl [1/min]<br />
© John Crane
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Relative Performance [Oil and Water Duty]<br />
100<br />
[%] 90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Seal without<br />
Face Grooves<br />
Seal with Inlet<br />
Flow Grooves<br />
Only<br />
Seal with Inlet/<br />
Return Flow<br />
Groove Pattern<br />
Face friction<br />
Leakage<br />
Seal Shaft<br />
[mm]<br />
Speed<br />
[rpm]<br />
Fluid Pressure<br />
[MPa]<br />
Spring Pressure<br />
[MPa]<br />
Equivalent Balance<br />
Ratio/ Load Factor<br />
Torque<br />
[Nm]<br />
Leakage<br />
[ml/hr]<br />
Enhanced 100 3000 Mineral Oil 1.8 0.2 0.93 1.62* 1 - 1.5<br />
Conventional 100 3000 Mineral Oil 1.8 0.2 0.93 4.09* 0.75<br />
Enhanced 45 4000 Water 0.5 0.27 1.5 0.28 0.25<br />
Conventional 45 4000 Water 0.5 0.27 1.5 0.53 0.25<br />
* Calculated<br />
© John Crane
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Potentielle Anwendungen für LaserFace<br />
• Flüchtige Medien bei denen konventionelle GLRD nur<br />
eine begrenzte Lebensdauer erreichen<br />
• Reduzierung der Leistungsaufnahme, z.B. bei<br />
doppeltwirkenden Dichtungen<br />
• Trouble shooting<br />
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Einsatzgrenzen<br />
• Diese Technik ist zur Zeit nur bei sauberen Medien<br />
anwendbar, höhere Feststoffanteile im abzudichtenden<br />
Medium können die Funktion einschränken<br />
• Die minimal erforderliche Temperaturmarge zum<br />
Siedpunkt des abzudichtenden Produktes beträgt bei<br />
flüchtigen Medien 3 – 5 Kelvin<br />
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Konventionelle Gleitringdichtung<br />
im Vergleich mit der<br />
LaserFace Technik<br />
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• Test GLRD: konventionelle O-Ring GLRD<br />
mit bzw. ohne LaserFace Strukturen<br />
• Drehzahl 3600 21/min<br />
• Propan @ 56 ºC und 21 bar g<br />
• API Plan 11 @ 10 l/min<br />
• Testdauer 200 h<br />
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• Verschleiß der Kohle (0.3 mm in 200 h).<br />
• Beginnende Blisteringbildung mit Ausbrüchen am<br />
Innendurchmesser (Bild 1 und 2)<br />
• Polierte Lauffläche am Gegenring durch Trockenlauf (Bild 3)<br />
• Rechnerische Lebensdauer = 3 Monate<br />
Von links nach rechts Bild 1, 2 und 3<br />
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• Nur geringe Temperaturerhöhung bei GLRD mit LaserFace<br />
Profil. Dichtflächentemperatur ist nahezu identisch mit der<br />
Mediumstemperatur<br />
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• Geringer Verschleiß (0.003 mm), hauptsächlich Einglättung<br />
(Bild 1).<br />
• Glänzende Laufspuren am Gegenring, kein meßbarer<br />
Verschleiß. (Bild 2 und 3).<br />
• Rechnereische Lebensdauer = 274 Months<br />
Von links nach rechts Bild 1, 2 und 3<br />
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GLRD Typ 48 XP Kombination LaserFace – Gas-GLRD<br />
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Gasgeschmierte Sicherheitsdichtung 28 SC<br />
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PI<br />
PAH<br />
5<br />
4<br />
Zur<br />
Fackel<br />
Stickstoffspülung<br />
0.1-1.0 bar<br />
Low Pressure Plant Nitrogen<br />
0.1 -1.0 bar (1-15 psi)<br />
(optional)<br />
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Zusammenfassung<br />
• Durch die Bemusterung der Dichtflächen mit Mikro-Nuten<br />
kann der Aufbau eines stabilen hydrodynamischen<br />
Schmierfilms erreicht werden. Durch die Kombination mit<br />
Rückfördernuten werden dabei niedrige Leckagewerte<br />
eingestellt.<br />
• Das Potential dieser Technologie besteht in eine erheblichen<br />
Ausweitung der Einsatzgrenzen bei verbesserter Lebensdauer<br />
der Gleitringdichtungen<br />
• In einer Reihe von Anwendungen wurde die Praxistauglichkeit<br />
bereits nachgewiesen<br />
• Laserface kann bei Einzel- und bei Dualdichtungen eingesetzt<br />
werden.<br />
© John Crane
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