1 Boxpackningar 1.1 Inledning Packboxen eller boxtätningen var en av de första formerna av tätning för roterande eller fram- och återgående rörelser. Från början användes natur- och växtfibrer som flätades samman. Under årens lopp har ett stort antal nya typer av boxpackningar kommit och gått och nya material dyker ständigt upp.troligen uppfanns denna avtätningsteknik i Kina för 2000-3000 år sedan. På senare tid har boxpackningen utsatts för konkurrens den mekaniska tätningen men boxpackningen är fortfarande den vanligaste dynamiska tätningen för stora diametrar på axeln. Bland boxpackningar kan man göra en grov uppdelning i långsamtgående och snabbgående tätningar. Tätningar för långsamt roterande axlar kräver inget läckage för att fungera medan snabbt roterande axlar kräver ett läckage för att fungera tillfredsställande. Läckaget har två funktioner: 1. Bilda en vätskefilm vilket minskar friktionen och därmed den alstrade värmen. 2. Att kyla packningen. Långsamt roterande boxar finner man i exempelvis ventiler medan ett exempel på snabbgående tätningar är pumptätningar. 1.2 Grundläggande teknik Tekniken kring boxpackningar präglas till stor del av praktiska erfarenheter och det är därför svårt att ge generella rekommendationer om utformning av box, val av packning mm. Detta kapitel beskriver den grundläggande tekniken om hur boxpackningen fungerar. För rekommendationer om val av packning och liknande rekommenderas att ni ringer oss eller besöker vår hemsida www.aesseal.se En boxpackning ser principiellt ut enligt: Box Gland Mediesida Axel Axiell kraft Packning Figur 1: Boxpackning Boxpackningen består av en packning, oftast bestående av flätade ringar, som pressas in i en box med hjälp av glandet. Tätningen sker sedan mellan packningen och axeln. Detta innebär att glandets axiella kraft ska omvandlas till en radiell kraft i packningen.
För långsamt roterande axlar ligger packningen hela tiden an mot axeln (spindeln). Vid snabbare rotationshastigheter krävs för att inte friktionen och den därmed alstrade värmen inte ska bli för stor att en vätskefilm bildas. Vätskefilmen ger upphov till ett visst läckage: Läckage Mediesida Vätskefilm p i p=0 Figur 2: Vätskefilm och trycksänkning Rätt justerad kan en packbox dock ge endast ett minimalt läckage. Läckaget hjälper dessutom till att kyla tätningen. 1.2.1 Tätningstryck mot axeln Kraften från glandet omvandlas till ett radiellt tryck på axeln och boxen. För varje ring kommer dock yttryck att tappas: Yttryck på axeln Figur 3: Yttryck på axeln Det rekommenderas därför inte att boxen görs för djup eller att alltför många boxringar läggs i eftersom de ändå inte får något yttryck mot axeln. 1.3 Tätningsvatten
Som tidigare beskrivits kräver packningar för snabbt roterande axlar vätska för kylning och för att minska friktionen. Om mediet som ska tätas är rent och lämpar sig för kylning av boxen kan tätningen utformas enligt exempelvis Figur 21: Vätskefilm och trycksänkning. Vätskan kommer då att vid rätt justerad box ge ett läckage som kyler och smörjer packningen. Om mediet däremot inte lämpar sig som tätningsvätska krävs en annan utformning av tätningen. Besvärliga medier kan exempelvis vara: Slitande medier, tex vatten innehållande sand eller gruspartiklar. Media som kan sätta igen boxen. Ett exempel på detta är pappersmassa som innehåller fibrer. Om tätningen utformas enligt Figur 21 kommer fibrerna sätta igen tätningen och därmed förhindra kylning och smörjning. Aggressiva medier. Vissa medier vill man absolut ej ha läckage av, exempelvis giftiga ämnen. För dessa typer av medier krävs ett spärrvätskearrangemang. Ett exempel på ett spärrvätskearrangemang kan se ut enligt: p i =5 bar p spärrvatten =1-2 bar b Inlopp spärrvatten Medie: massa läckage läckage Pbox=1/3 av pi Spärrvätskering Utlopp spärrvatten Figur 4: Exempel på spärrvätskearrangemang Packningen består av 5 packningsringar. Mellan ring 2 och 3 har en spärrvätskering placerats. Vid denna tillförs spärrvatten med ett tryck som är ca 1-2 bar,detta är ofta tillräckerligt då de 2 innersta flätorna redan reducerat trycket till 1/3 av trycket i boxen som i sin tur är ca 1/3 av pumptrycket! Man minskar spärrtrycket tills man ser att det ändrar färg(mediat kommer ut) därefter ökar man det ca 0.2-0.5 bar eller tills det kommer rent spärrvatten i returen. Läckaget kommer att kyla samt bilda en vätskefilm som sänker friktionen. Från spärrvätskeringen finns också ett utlopp vilket gör att flödet av spärrvatten genom boxen ökar. På så sätt förbättras kylningen av boxen. Det finns ett stort antal varianter på spärrvätskearrangemang beroende på applikation, men principen är den att extra tätningsvätska tillförs till boxen. Flödet till tätningen kontrolleras vanligen av en flödeskontrollenhet där tryck och flöde kan styras på spärrvätskan. Flödeskontrollenheten kan också vara försedd med larm för att övervaka att trycket inte tappas på spärrvattnet exempelvis beroende på slangbrott eller liknande. 1.4 Montering och inkörning 1.4.1 Kapning av packningsringen För packningar till snabbroterande axlar rekommenderas att packningen skärs av med ett rakt snitt eller ca 15 grader med vinklarna mot axelns centrum
Figur 5: Kapning av boxpackning 1.4.2 Packningsringens längd Packningsringen får ej rotera med axeln runt då boxhusets insidor snabbt kommer att slitas ned. För att undvika att detta sker rekommenderas att packningen kapas med ett visst övermått: Packningens Längd beräknas enl nedan: L=(dim x1.45+d)xpi Pi=ca 3,14 Dim=flätans fyrkant D=Axelns diameter (Vid stora långsamtgående maskiner kan faktor 1,6 användas) Snabbroterande maskin skall minsta övermått användas men skarven måste gå ihop ordentligt. 1-2 mm övermått är lämpligt. Långsamtgående maskiner under 400rpm blir övermåtten ca 1 flätdimension! Under 100 rpm kan övermåttet vara ca 2 flätdimensioner. Lämpliga flätdimensioner är: Axeldiameter(mm) Flätdimension(mm) 0-25 8 25-50 10 50-75 12 75-100 14 100-250 16 250-600 20 600-22 Övermåttet på packningen kommer att göra att trycket mot boxhuset ökar och därmed förhindras rotation av packningen. Genom att kapa packningen med övermått kan man även kompensera för den krympning som de många av dagens boxpackningar uppvisar vid temperaturhöjningar. Krympningen orsakas av att packningarna ofta tillverkas av syntetmaterial (Teflon, akryl mm).grafit eller kolfiberpackningar krymper inte varför dom skall kapas kortare ungefär som en snabbroterande maskin såvidare det inte är en långsamt roterande maskin som packas för gäller som alltid stora övermått dvs ca 1-2 dimensioner. Det finns alltid specialfall varför vi vill att ni kontaktar oss för konsultation.
1.4.3 Skarvarnas placering i boxen För att minska läckaget mellan packningsringarna bör skarvarna förskjutas: 4 2 1 3 1 5 5 Figur 6: Skarvarnas förskjutning i packbox 1.5 Inkörning Inkörningen av en boxpackning är mycket viktig för att optimal livslängd ska kunna uppnås.
1. Pumpmediet släpps på, Glandet ansatt med låg kraft. 2. Axeln börjar rotera. Här måste ett läckage kunna ses, annars går packningen torr och den överhettas. Ser man inget läckage måste glandbultarna lossas Värme 3. Värme bildas och packningsringarna sätter sig 4. Efterdragning ger rätt justerad box med låg friktion och lågt läckage. Litet läckage Figur 7: Inkörning av packbox Ett tips är att axeln på en pump alltid skall gå att snurra för hand genom att tex dra runt kopplingen. Packa pumpen helst genom att bara knuffa i packningarna mha glandern och tryck till paket mha ett bräckjärn etc.spänn därefter muttrarna lätt med kort nyckel-släpp sedan och lämna ca 0.5 mm glapp mellan glander och mutter.