Affecting factors for large radial shaft seal lubricant leak rate

Abstract

Radial sealing rings are very common machine elements, and they are used in majority of machines with rotating shafts. In ideal world the sealing rings would be leak-free, but that is rarely the case in reality especially when the number of operational hours increase. Typically, research focusing on sealing rings is considering only relatively small size sealing rings, and the performance of large radial shaft seals in different operational conditions is not well known.

In general, there are numerous different factors affecting the performance, lifetime and leakage rate of radial sealing rings whether they are large or small. The first part of this thesis introduces basic information regarding sealing rings, such as material properties, sealing mechanism, lubrication properties, performance under misalignment and failure mechanisms.

In the latter part of the thesis a cause-and-effect diagram for possible causes for lubricant leakage is created, and a series a tests with varying operational conditions are performed on a full scale large diameter seal system with several sealing rings with different lubrication conditions affecting the sealing rings. The seal system performance in different operational conditions is evaluated and the results are compared to available data of sealing rings used in customer company’s applications.

Huulitiivisteet ovat hyvin yleisesti käytettyjä komponentteja koneenrakennuksessa – huulitiivisteitä käytetään suuressa osassa koneista, joissa on pyöriviä akseleita. Ideaalimaailmassa huulitiivisteet olisivat täysin vuodottomia, mutta tämä on harvoin todellisuutta varsinkaan operointituntien kasvaessa. Tyypillisesti tutkimukset keskittyvät suhteellisen pienikokoisiin tiivisteisiin ja täten suurikokoisten huulitiivisteiden suorituskyky eri olosuhteissa ei ole hyvin tunnettua.

Huulitiivisteen suorituskykyyn, elinikään ja vuotomäärään vaikuttaa monia eri tekijöitä olitpa ne sitten suuria tai pieniä. Diplomityön ensimmäisessä osassa tutustutaan huulitiivisteiden perusteisiin kuten materiaaleihin, tiivistysmekanismiin, voiteluominaisuuksiin, suorituskykyyn värähtelyssä sekä tyypillisiin vauriomekanismeihin.

Diplomityön jälkimmäisessä osassa muodostetaan syyseuraus kaavio, jossa arvioidaan mahdollisia syitä voiteluaineen vuodolle. Työssä suoritetaan myös sarja testejä vaihtelevissa käyttöolosuhteissa täysikokokoiselle suuren akselihalkaisijan tiivistejärjestelmälle, jossa eri tiivistehuulilla on erilaiset voiteluominaisuudet. Testeissä mitattua suorituskykyä vertaillaan asiakasyrityksen laitteista saatuihin tietoihin.