Já alguma vez se interrogou sobre a importância dos selos mecânicos para evitar fugas e garantir o bom funcionamento das máquinas? Nesta publicação do blogue, vamos mergulhar no mundo dos selos mecânicos, explorando os seus componentes, princípios de funcionamento e sugestões de manutenção. Como engenheiro mecânico experiente, partilharei informações valiosas para o ajudar a compreender e a apreciar estes heróis desconhecidos do mundo industrial. Prepare-se para descobrir os segredos por detrás destes dispositivos essenciais!
As fugas continuam a ser um problema prevalecente nos sistemas mecânicos, devido principalmente a duas causas fundamentais. Em primeiro lugar, os processos de fabrico introduzem inerentemente imperfeições superficiais e desvios dimensionais nos componentes mecânicos, resultando em folgas inevitáveis nas interfaces das peças. Em segundo lugar, os diferenciais de pressão entre as regiões seladas conduzem o meio de trabalho através destas folgas.
A atenuação ou eliminação destas folgas é crucial para uma prevenção eficaz de fugas. Os mecanismos de vedação servem para colmatar as lacunas entre as superfícies de contacto, isolando ou obstruindo assim as potenciais vias de fuga. Estes mecanismos funcionam através do aumento da resistência dentro dos canais de fuga ou através da incorporação de dispositivos de micro-conversão de energia. Estes dispositivos geram uma pressão localizada para neutralizar ou neutralizar totalmente o diferencial de pressão que provoca a fuga, garantindo assim a integridade do sistema.
As soluções avançadas de selagem utilizam várias estratégias para aumentar a eficácia:
Os componentes básicos de um selo mecânico incluem:
1) anel fixo
2) anel rotativo
3) glândula
4) colarinho
5) mola
6) anel de localização
7) manga de eixo
8) O-ring para o anel rotativo
9) O-ring para o anel estacionário
A vedação mecânica é uma tecnologia crítica em sistemas de contenção de fluidos, concebida para evitar fugas em equipamentos rotativos. Consiste em pelo menos um par de faces de extremidade concebidas com precisão e posicionadas perpendicularmente ao eixo rotativo. Estas faces são mantidas em contacto íntimo e sofrem um movimento de deslizamento relativo sob a influência combinada da pressão do fluido e da elasticidade de um mecanismo de compensação (ou força magnética).
O núcleo de um vedante mecânico é a interface de vedação, onde duas faces altamente polidas - uma estacionária e outra rotativa - criam um espaço microscópico que permite a formação controlada de película de fluido, minimizando as fugas. Esta ação de vedação dinâmica é conseguida através de um equilíbrio delicado entre a carga hidráulica, a força da mola e as propriedades do material.
Os componentes de vedação auxiliares, tais como O-rings ou juntas, complementam a função de vedação primária, evitando fugas ao longo das juntas estáticas. Uma variante especializada, conhecida como vedação mecânica de fole, incorpora um fole flexível de metal ou elastómero como elemento de vedação secundário e mecanismo de mola. Esta conceção oferece vantagens em termos de poupança de espaço axial, fricção reduzida e melhor compatibilidade química em determinadas aplicações.
A eficácia dos selos mecânicos depende de vários factores, incluindo:
Os selos mecânicos avançados podem incorporar caraterísticas adicionais, como a capacidade bidirecional, mecanismos de auto-alinhamento ou sistemas de arrefecimento integrados para melhorar o desempenho e a fiabilidade numa vasta gama de aplicações industriais.
Os selos mecânicos são componentes críticos em equipamentos rotativos, concebidos para evitar fugas e manter a integridade do sistema. São constituídos por quatro elementos principais:
a. Prestar muita atenção para evitar desvios de instalação durante o processo de instalação.
(1) A tampa de aperto deve ser instalada depois de alinhada com o acoplamento, e os parafusos devem ser apertados uniformemente para evitar que a face final da tampa se desvie. Verificar cada ponto com um calibre de encaixe, e o erro não deve exceder 0,05 mm.
(2) Verificar a folga de ajuste (ou seja, a concentricidade) entre a tampa de aperto e o diâmetro exterior do eixo ou da manga do eixo, que deve ser uniforme em todos os lados. Verificar cada ponto com um calibre de encaixe, e o desvio permitido não deve exceder 0,01 mm.
b. A quantidade de compressão da mola deve ser efectuada de acordo com os requisitos especificados, não sendo permitidos fenómenos de sobredimensionamento ou subdimensionamento. O erro deve estar dentro de 2,00 mm. O sobredimensionamento aumentará a taxa de pressão da face da extremidade e acelerará o desgaste da face da extremidade. O subdimensionamento provoca um rácio de pressão insuficiente e não consegue obter um efeito de vedação.
c. Após a instalação do anel móvel, certifique-se de que este se pode mover de forma flexível no eixo. O anel móvel deve ser pressionado em direção à mola e deve recuperar automaticamente.
a. Durante a desmontagem da vedação mecânica, esta deve ser manuseada com cuidado, sendo estritamente proibidos martelos e cinzéis planos para evitar danos nos componentes da vedação. Podem ser utilizados dois ganchos de fio de aço para inserir na abertura da sede da transmissão na direção positivo-negativo para retirar o dispositivo de vedação. Em caso de dificuldades de desmontagem causadas por sujidade, limpe-a antes da desmontagem.
b. Se a vedação mecânica for utilizada em ambas as extremidades da bomba, tenha cuidado com ambas as extremidades durante o processo de montagem e desmontagem para evitar negligenciar qualquer uma delas.
c. No caso de vedantes mecânicos que tenham estado em funcionamento, se a tampa de aperto se soltar, provocando o movimento do vedante, as partes móveis e fixas do anel devem ser substituídas em vez de serem apertadas e continuarem a ser utilizadas.
(1) Efetuar uma inspeção exaustiva da vedação mecânica, dos dispositivos acessórios e da instalação da tubagem para garantir que estão completos e cumprem os requisitos técnicos.
(2) Antes de pôr em funcionamento a vedação mecânica, efetuar um teste de pressão estática para verificar se existe algum fenómeno de fuga. Se houver uma fuga significativa, descubra a causa e elimine-a. Se continuar a ser ineficaz, desmonte-a, inspeccione-a e volte a instalá-la. Geralmente, a pressão de teste da pressão estática é de 2~3 kg/cm2.
(3) Rodar o acoplamento na direção da bomba e verificar se está livre e nivelado. Se o acoplamento estiver preso ou não se mover, verificar se o tamanho do conjunto está incorreto ou se a instalação é razoável.
(1) Antes do arranque, manter a câmara de selagem cheia de líquido. Para o transporte de meios solidificados, deve ser utilizado vapor para aquecer a câmara de selagem e derreter o meio. Antes do arranque, os acoplamentos devem ser rodados para evitar o arranque repentino e a fratura do anel macio.
(2) Para a vedação mecânica utilizando o sistema de vedação de óleo externo da bomba, o sistema de vedação de óleo deve ser iniciado primeiro. Depois de parar a bomba, parar o sistema de vedação de óleo.
(3) Depois de a bomba de óleo quente parar de funcionar, a água de arrefecimento da câmara de vedação de óleo e da vedação da extremidade não deve ser interrompida imediatamente. Quando a temperatura do óleo no local de vedação da face final desce abaixo dos 80 graus, a água de arrefecimento pode ser parada para evitar danos nas peças de vedação.
(1) Se houver uma ligeira fuga após o arranque da bomba, observá-la durante algum tempo. Se a fuga não diminuir depois de funcionar continuamente durante 4 horas, parar a bomba para inspeção.
(2) A pressão de funcionamento da bomba deve ser estável e a flutuação de pressão não deve exceder 1 kg/cm2.
(3) Durante o funcionamento, é necessário evitar a cavitação para prevenir a fricção seca da extremidade e danos na vedação.
(4) O estado da vedação deve ser verificado regularmente. Durante o funcionamento, se a fuga exceder a norma, o óleo pesado não deve exceder cinco gotas por minuto e o óleo leve não deve exceder 10 gotas por minuto. Se não houver melhoria no prazo de 2-3 dias, pare a bomba e inspeccione o dispositivo de vedação.
A estrutura típica é geralmente constituída por um anel rotativo, um anel estacionário, um vedante rotativo, um vedante estacionário, uma mola, um assento de mola, parafusos de fixação, um pino anti-rotação, etc.
Quando o vedante mecânico está a funcionar, a força axial causada pela pressão do fluido vedado e a força do elemento elástico fazem com que os anéis rotativos e estacionários se encaixem e se movam relativamente.
Devido ao ajuste apertado das duas faces da extremidade de vedação, forma-se um pequeno espaço entre as faces da extremidade de vedação (a interface de vedação). Quando o meio de pressão passa por este espaço, forma-se uma película líquida muito fina, gerando resistência, impedindo a fuga do meio e lubrificando a face da extremidade, obtendo-se um efeito de vedação a longo prazo.
(1) De acordo com o hospedeiro selado: selos mecânicos para bombas, reactores, compressores, etc;
(2) De acordo com os diferentes parâmetros de funcionamento, dividem-se em alta temperatura, temperatura média, baixa temperatura, alta pressão, pressão média, baixa pressão, alta velocidade, serviço pesado, etc;
(3) De acordo com a forma estrutural, dividem-se em selos mecânicos equilibrados e desequilibrados, de extremidade única e de extremidade dupla.
(1) Preparação
① Verificar se a excentricidade radial, rugosidade da superfícieA tolerância do diâmetro exterior e o deslocamento axial do eixo e da manga cumprem os requisitos de precisão;
② Verifique se o modelo e as especificações do selo mecânico atendem aos requisitos. Se as peças estão intactas, se o tamanho do anel de vedação é apropriado e se as superfícies dos anéis rotativos e estacionários são lisas e planas. Se houver defeitos, eles devem ser substituídos ou reparados.
③ Limpe as peças do vedante mecânico com gasolina limpa e depois seque-as, tendo em atenção a proteção da superfície de vedação;
Ao instalar o selo mecânico, primeiro encontre o comprimento de trabalho da mola a partir das instruções e, em seguida, use o paquímetro para medir o comprimento livre da mola para obter a quantidade de compressão. Durante a instalação, o desvio da quantidade de compressão da mola não deve ser superior a 1 mm.
(2) Inspeção e medição
① A mobilidade do anel rotativo requer que haja uma certa folga entre o anel rotativo e o eixo, garantindo que a folga seja de 0,3 a 0,7 mm.
② Se o anel estacionário é excêntrico. Nos selos mecânicos para bombas, o anel estacionário (sede da mola) e o eixo adotam um ajuste deslizante, e a folga é muito pequena. Se a folga for grande, o anel estacionário será excêntrico e a força desigual da mola que atua na superfície de vedação causará vazamentos ou falha na vedação.
③ Verifique o ajuste entre o anel rotativo e as superfícies de vedação do anel estacionário. Ao verificar, utilize um esquadro de 90° para medir o desvio da superfície de vedação em relação à linha central do eixo.
(3) Instalação
Em primeiro lugar, montar os componentes no componente rotativo e no componente do anel estacionário, e pré-carregar preliminarmente a mola. Em seguida, instalar o componente do anel rotativo no eixo e o componente do anel estacionário na tampa de pressão. Primeiro, meça a distância entre a face da extremidade de vedação do anel rotativo e a face da extremidade da cavidade de vedação e a distância entre a face de vedação do anel fixo e a face da extremidade da tampa. A diferença entre as duas é a quantidade de pré-carga da mola do vedante mecânico e a chumaceira está montada. A quantidade de compressão é ajustada de acordo com os requisitos técnicos e a quantidade de compressão medida, e a tampa de pressão é apertada.
Durante o processo de instalação, mantenha a limpeza e a integridade do vedante e não utilize ferramentas para bater nos componentes do vedante para evitar danos no vedante. Depois de o vedante mecânico ser instalado no veio, empurre o anel rotativo com a mão para o sentir elástico e liso, depois adicione um pouco de óleo de motor à superfície de vedação e aperte uniformemente a tampa da extremidade sem a pressionar.
(4) Inspeção e ensaio de pressão
Após a instalação, o rotativo deve funcionar de forma flexível e ter um certo grau de flexibilidade. Os selos mecânicos para equipamentos importantes devem ser submetidos a testes de pressão estática e dinâmica. Depois de passarem no teste, podem ser colocados em utilização formal.
(1) Precauções antes do arranque: Verificar se o equipamento auxiliar e o sistema de arrefecimento estão corretamente instalados; limpar a tubagem para evitar que a ferrugem e as impurezas entrem na cavidade de vedação; rodar o acoplamento à mão para verificar se o veio funciona suavemente. Se for muito pesado, verificar se as dimensões de acoplamento estão correctas e descobrir a causa e eliminar a falha.
(2) Funcionamento experimental e funcionamento normal: Em primeiro lugar, ligue o sistema de vedação de líquidos e o sistema de água de arrefecimento para encher a cavidade de vedação com o fluido e, em seguida, ligue o vedante principal para um funcionamento experimental. Se for detectada uma ligeira fuga no início, mas esta diminuir gradualmente após 1-3 horas, trata-se de um processo de rodagem normal. Se a fuga não diminuir, pare para inspeção; se a junta de estanquidade rotativa sobreaquecer ou deitar fumo, isso deve-se normalmente a uma pressão excessiva da mola, devendo a pressão da mola ser reduzida de forma adequada. Se a vedação mecânica sobreaquecer ou fumegar, geralmente deve-se a uma pressão excessiva da mola, devendo esta ser reduzida de forma adequada. O processo de aumento da temperatura e da pressão deve ser lento e deve-se observar atentamente se ocorrem fenómenos anormais.
Parar primeiro o motor principal, seguido dos sistemas auxiliares e dos sistemas de água de arrefecimento. Se o tempo de paragem for longo, esvaziar o fluido do motor principal.
(1) Verificar se os próprios componentes do vedante mecânico estão soltos e com fugas ou se geram calor e sons anormais devido à entrada de impurezas na face da extremidade do vedante; evitar a fricção a seco; no caso de máquinas com funcionamento intermitente, prestar atenção à cristalização formada pelo meio seco ou à redução da temperatura durante o encerramento. No arranque, tomar medidas como o aquecimento ou a lavagem para evitar riscos na face final.
(2) Verificar se os dispositivos e instrumentos auxiliares, como a lavagem e o arrefecimento, estão a funcionar corretamente;
(3) Prestar atenção à existência de fenómenos anormais durante funcionamento da máquinacomo vibrações ou danos na chumaceira, o que afectará a utilização da junta de estanquidade rotativa.
(1) Requisitos para os trabalhos de desmontagem:
① Familiarize-se com os dados, desenhos, tipos e estruturas relevantes dos selos mecânicos antes da desmontagem;
② Faça um bom trabalho de preparação e prepare as instalações e ferramentas necessárias, e faça um bom trabalho de proteção de segurança;
③ Desmonte por ordem e marque-o para facilitar a remontagem; observe durante a desmontagem e analise e encontre a causa da fuga;
④ Após a desmontagem das peças antigas, estas devem ser armazenadas durante um período de tempo antes de serem processadas. Quando não há dados ou dados incompletos, novas peças podem ser obtidas de acordo com o material e as especificações da peça antiga.
(2) Método de revisão:
① Quando ocorrer um desgaste grave ou fissuras nas superfícies dos anéis rotativos e estacionários, substitua-os por novos. Podem ser retificados pequenos riscos; verifique o desvio das faces finais das faces finais dos anéis rotativos e estacionários em relação à linha central do eixo. Se for superior a 0,05 mm, deve ser ajustado ou reparado;
② Quando os anéis de vedação auxiliares e as molas estiverem danificados, substitua-os por novos; ao selecionar molas, seleccione as que são paralelas à face da extremidade e perpendiculares à linha central, com altura livre e deformação consistentes;
③ Ajuste o deslocamento axial para o intervalo especificado;
④ Verificar se o eixo ou a manga estão desgastados. Se houver desgaste, repare atempadamente a soldadura, o tratamento térmico e a maquinagem.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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