Axlar i vattenturbiner tätas med hjälp av olika tätningsmetoder. En av de traditionella metoderna för tätning av turbinernas huvudaxlar är kompressionspackning. Kompressionstätning har flera fördelar jämfört med alternativa tätningsmetoder:
– Relativt enkel teknik
– Icke-katastrofalt fel
– Låg initial kostnad
Många vattenturbiner som är i drift idag tätas fortfarande med kompressionstätning, förutom de andra tekniker som finns tillgängliga och används. Tyvärr har kompressionstätning också vissa nackdelar:
– Underhållskrävande – efterdragning och täta byten
– Läckage – kompressionspackningar är i allmänhet inte hermetiskt tillslutna och på en roterande axel krävs ett visst läckage för smörjning och kylning.
Packningar kan ersättas med andra metoder, men detta kan vara kostsamt och ibland tekniskt ogenomförbart. A.W. Chesterton Co. har utvecklat en teknik för att övervinna nackdelarna med packning. Denna teknik minskar underhållet, förlänger MTBR och minskar stilleståndstiden och kostnaderna.
1. Teknik för kompressionspackning
Låt oss ta en titt på tekniken bakom kompressionspackningar. Kompressionspackningar är flätade av syntetiska eller naturliga fibrer och fyllda med smörjmedel och blockeringsmedel. Smörjmedlen är vanligtvis mineral- eller syntetiska oljor eller fetter. PTFE-suspension är också ett vanligt förekommande smörjmedel. Smörjmedel har en dubbel funktion. De minskar friktionen mellan axeln och packningen, men fungerar också som blockeringsmedel för att förhindra att vatten sipprar genom packningens flätstruktur. Packningsringarna är monterade i en cylinderformad kammare som kallas packbox (figur 1).
Vanligtvis är 4-6 packningsringar installerade i packboxen. Packboxens glandföljare används för att komprimera packningsringarna. Axeltrycket skapar en axiell kraft på packningsringarna som omvandlas till en radiell kraft i packningsringarna. Denna radiella kraft är den kraft som skapar tätningen. Eftersom smörjmedel långsamt försvinner från packningen (eftersom de pressas ut) och eftersom packningsringarna utsätts för slitage, måste glandföljaren efterspännas då och då. Frekvensen för detta efterdragningsbehov varierar beroende på tillämpningen. Det kan variera från dagligen till varje månad. Därför är kompressionstätning till sin natur en underhållsintensiv tätningsmetod. Så småningom kommer smörjmedlet att vara förbrukat och packningen sliten till den grad att den måste bytas ut.
Om vi ritar upp denna efterdragningsprocess i ett diagram och tittar på packningsspänningen i förhållande till tiden får vi följande diagram (figur 2).
Denna underhållscykel illustrerar ett antal problem som är förknippade med användningen av kompressionspackning:
- Vid de punkter där packningens belastning är låg kan fasta partiklar i den förseglade vätskan tränga in mellan packningen och den roterande axeln och slita på både axeln och tätningen, vilket ytterligare minskar packningens livslängd och potentiellt kan orsaka skador på utrustningen.
- Frekventa justeringar gör användningen av kompressionsförpackningar arbetskrävande.
- Tätningsbelastningen är hög när underhållscykeln är som mest intensiv. Underhållspersonal tenderar att dra åt packningen för hårt i ett försök att förlänga tiden mellan justeringarna. Tyvärr får detta motsatt effekt eftersom packningen slits ytterligare och mer smörjmedel pressas ut. Detta förkortar därför packningens livslängd ytterligare.
Det skulle vara mer fördelaktigt att hålla en konstant måttlig belastning på packningen. Detta skulle eliminera eller minska alla ovanstående problem (figur 3).
2. Chesterton erbjuder den optimala lösningen
A.W. Chesterton Co. har utvecklat en patenterad teknik som eliminerar de problem som normalt förknippas med kompressionspackning. Denna teknik är Hydroshield™-systemet med Chestertons AMPS™-teknik (Automated Mechanical Packing System).
Hydroshield™ består av pneumatiska ställdon placerade på packboxen som upprätthåller en konstant kraft på packboxen för att hålla läckagenivån konstant. När packningen förlorar smörjmedel och volym på grund av slitage justeras systemet automatiskt. Systemet består av flera komponenter:
– Den komprimerande packningen
– De pneumatiska ställdonen
– Det sammankopplade rörsystemet
– En styrenhet
Fig. 4. Chesterton Hydroshield™-system
Gastrycket levereras av anläggningsluft eller en gasflaska. Styrenheten består av minst en tryckregulator, men kan eventuellt innehålla en bufferttank för att skydda mot förlust av lufttrycket i anläggningen, och annan hjälputrustning för att övervaka och bevaka lufttrycket. Ställdonen är speciellt utformade för att ge den kraft som krävs för att täta packningen i den specifika packboxkonfigurationen. Tryckregulatorn används för att finjustera trycket och hålla läckagehastigheten på en acceptabel nivå. Systemets luftförbrukning är mycket låg. Normalt används 15 liter luft under installationen och den första justeringen av packningen och systemet. Under normal drift är luftförbrukningen nära noll. Gastrycket används endast för att upprätthålla en kraft på packningen.
Systemet är tillverkat av 316SS med O-ringar av Viton och ett dammlock av polypropylen. Materialen kan modifieras för att passa applikationens krav.
2.1 Jämförelse av teknik
Alternativa tekniker kan användas för att täta turbinaxlar på ett effektivt sätt. Radialsegmenterade tätningar och mekaniska tätningar är alternativa tekniker som används med framgång. Tabellen nedan visar en jämförelse mellan teknikerna.
| Hydroshield™ | Radiala segmenterade tätningar | Mekaniska tätningar | |
| Storlek | Ingen gräns | Upp till 2000 mm (80″) | Vanligtvis 760 mm (30″), delad tätning upp till 915 mm (36″) |
| Pris | Mest ekonomisk (vid uppgradering från kompressionspackning) | Dyrt | Dyraste |
| Tryckklassning | Upp till 35 bar (500 psig) | Cirka 10 bar | Upp till 7 bar |
| Anpassningsförmåga | Anpassar sig till förändringar i systemtrycket | Ingen | Ingen |
| Spolningstillstånd | Inget särskilt filtreringssystem krävs | Filtrering av specialvatten | Maximal partikelstorlek 30-50 mikron |
| Vattenanvändning | 0,02 L/Min Uppnåeligt | 20 – 90 l/min | Beroende på utrustning |
| Smart kontroll | Tilläggsprogram för fjärrstyrning och övervakning (Connect) tillgängliga | Ingen | Ingen |
| Installation | Enklast att installera | Svårt | Svårt |
2.2 Framgångsrik fallbeskrivning med Chesterton Hydroshield™
Ett exempel på en tillämpning är renoveringen av en 100 år gammal turbin från Dominion Engineering i Kanada. Turbinaxeln var tätad med kompressionspackning och det var inte möjligt att uppgradera systemet till en alternativ tätningsmetod. Bryson Generating Station är en flodkraftsanläggning som ligger vid Ottawafloden. Bryson-verket ägs av Hydro-Québec. Det togs i drift 1924 och har en kapacitet på 61 MW med 3 enheter.
Det största problemet med kompressionspackningen var att området där packningspackningen var placerad var utsatt för översvämning och det var osäkert att efterdra packningspackningen medan turbinen var i drift. Det befintliga packningstätningssystemet var svagt och läckte kraftigt, vilket orsakade onödiga underhållsstopp. Följden blev att turbinen måste stoppas för att dra åt packningen igen. Detta resulterade i kostsamma driftstopp. Alternativet var ett betydande läckage under en längre tidsperiod. Turbinaxeln hade en diameter på 737 mm (29 tum).
Ett Hydroshield™-system installerades på packboxen i kombination med 5 ringar av kompressionspackningen DualPac 2212. Hydro-Quebec intygar att systemet uppfyller de tekniska kraven. Systemet har varit i drift sedan början av 2021 och packningen byts ut i förebyggande syfte vid regelbundna avbrott. Kunden har också uppgraderat de 2 andra turbinerna med samma system.
3. Slutsatser
Kompressionstätning är en tätningsmetod som fortfarande används i stor utsträckning i axelapplikationer i vattenturbiner. Även om kompressionstätning har vissa fördelar har den också vissa nackdelar. Den främsta är att kompressionstätning på roterande axlar är underhållsintensiv. Chesterton har utvecklat ett system som i stor utsträckning eliminerar underhållet på packade genomföringar och förlänger packningens livslängd. Systemet sänker turbinens driftskostnad, ökar tillförlitligheten och ökar arbetarnas säkerhet. Systemet har framgångsrikt installerats i flera turbintillämpningar runt om i världen.
Har du en specifik fråga? Fråga vår Expert Desk för ytterligare information.
Du kan också göra ett preliminärt urval med hjälp av vår produktväljare. Våra produktkonsulter hjälper dig gärna att välja den perfekta produkten för din applikation.