پکینگ (آب بندی) صنعتی: تفاوت‌های کلیدی کاربردی درمیان پمپ‌ها، شیرآلات و کمپرسورها

مقدمه

پکینگ‌های صنعتی از مواد ضروری برای ایجاد آب‌بندی در تجهیزات دوار و خطوط لوله هستند. اگرچه عملکرد اصلی همه آن‌ها جلوگیری از نشت سیال است، اما شرایط کاری کاملاً متفاوت پمپ‌ها، شیرآلات و کمپرسورها، باعث می‌شود انتخاب نوع پکینگ، ماده تشکیل‌دهنده و حتی روش نصب آن یک چالش فنی حیاتی باشد.

پکینگ چیست و چه می‌کند؟

پکینگ‌ها مواد انعطاف‌پذیری هستند که به صورت رشته‌های بافته‌شده، ورق‌ها یا حلقه‌های از پیش برش‌خورده تولید می‌شوند. آن‌ها در فضایی به نام جعبه پکینگ (گلند) فشرده می‌شوند تا:

از نشت سیال (آب، بخار، روغن، گاز، مواد شیمیایی) به بیرون جلوگیری کنند.

اجازه دهند شفت (محور) یا ساقه (شفت) دستگاه با کمترین اصطکاک ممکن حرکت کند.

حالا بیایید ببینیم این المان ساده اما حیاتی، در قلب سه تجهیز مهم صنعتی چگونه به کار گرفته می‌شود.
۱. کاربرد پکینگ در پمپ‌ها

پمپ‌ها (به ویژه پمپ‌های سانتریفیوژ) تجهیزات دواری هستند که شفت آن‌ها با سرعت بالا و در تماس مستقیم با سیال می‌چرخد.

شرایط کاری:

سرعت دورانی بالا: شفت پمپ با سرعت‌های معمولاً بین ۱,۵۰۰ تا ۳,۶۰۰ RPM می‌چرخد.

تماس مستقیم با سیال: پکینگ مستقیماً توسط سیال خنک‌کاری و روان‌کاری می‌شود.

وجود فشار: پکینگ باید در برابر فشار خروجی پمپ مقاومت کند.

خطر سایش: چرخش مداوم شفت باعث سایش مکانیکی دائمی می‌شود.

نیازمندی‌های پکینگ در پمپ‌ها:

مقاومت سایشی بالا: پکینگ باید در برابر حرکت دورانی مداوم شفت بسیار بادوام باشد.

هدایت حرارتی خوب: اصطکاک، حرارت ایجاد می‌کند و پکینگ باید این حرارت را به سیال اطراف منتقل کند تا از سوختن آن جلوگیری شود.

قابلیت روان‌کاری: پکینگ معمولاً به یک سیال “لانرینگ” (Lanering) یا “سیال فلاش” نیاز دارد تا هم آن را خنک کند و هم اصطکاک را کاهش دهد.

انواع رایج پکینگ برای پمپ‌ها:

گرافیتی: برای دماهای بالا و کاربردهای عمومی، به دلیل خودروانکاری و هدایت حرارتی عالی.

آرامید (کِولار): برای سیالات حاوی ذرات ساینده یا کار در شرایط سخت مکانیکی.

PTFE (تفلون): برای صنایع شیمیایی، غذایی و دارویی که خلوص سیال و مقاومت شیمیایی مطلق است.

۲. کاربرد پکینگ در شیرآلات

در شیرآلات، پکینگ اطراف ساقه شیر (Valve Stem) قرار می‌گیرد که حرکت آن خطی (بالا-پایین) یا دورانی است.

شرایط کاری:

حرکت متناوب و محدود: ساقه شیر دائماً نمی‌چرخد، بلکه فقط هنگام باز یا بسته شدن حرکت می‌کند.

فشار استاتیک بالا: پکینگ باید برای مدت‌ها در برابر فشار ساکن سیال درون لوله مقاومت کند، بدون اینکه اجازه نشت دهد.

دمای متغیر: بسته به نوع سیال (بخار داغ، آب سرد)، دما می‌تواند بسیار متغیر باشد.

دسترسی سخت: شیرآلات اغلب در مکان‌هایی نصب می‌شوند که تعمیر و نگهداری مکرر آن‌ها دشوار است.

نیازمندی‌های پکینگ در شیرآلات:

مقاومت در برابر خزش (Creep Resistance): پکینگ نباید تحت فشار استاتیک مداوم، تغییر شکل دائمی دهد و شل شود.

انعطاف‌پذیری و نشست‌پذیری: باید بتواند خود را با سطح ساقه شیر تطبیق دهد تا در اولین فشار، آب‌بندی کامل ایجاد کند.

عمر طولانی: به دلیل حرکت کم، انتظار می‌رود پکینگ شیرآلات برای سال‌ها بدون نیاز به تعویض کار کند.

انواع رایج پکینگ برای شیرآلات:

گرافیتی خالص: بهترین انتخاب برای شیرآلات بخار با دمای بالا و کاربردهای عمومی به دلیل انعطاف و تحمل دمایی بالا.

پکینگ‌های PTFE: برای شیرآلات کنترل دقیق در صنایع شیمیایی و غذایی.

پکینگ‌های سیم‌دار (تقویت شده): برای شیرآلات با فشار عملیاتی بسیار بالا.

۳. کاربرد پکینگ در کمپرسورها

کمپرسورها برای فشرده کردن گازها (هوا، نیتروژن، گازهای طبیعی، etc.) استفاده می‌شوند.

شرایط کاری:

نشت‌پذیری ذاتی گاز: مولکول‌های گاز به راحتی از کوچک‌ترین منافذ نشت می‌کنند، برخلاف سیالات.

سرعت بسیار بالا: شفت کمپرسورها اغلب با سرعت‌های بسیار بالاتری نسبت به پمپ‌ها می‌چرخند.

حساسیت به روغن: در بسیاری از کاربردها (مانند هوای فشرده غذایی یا دارویی)، نفت آلودگی محسوب می‌شود.

انفجار و آتش‌سوزی: نشت برخی گازهای قابل اشتعال می‌تواند فاجعه‌بار باشد.

نیازمندی‌های پکینگ در کمپرسورها:

آب‌بندی فوق‌العاده در برابر گاز: پکینگ باید بسیار متراکم و بدون منفذ باشد تا از نشت گازهای ارزشمند یا خطرناک جلوگیری کند.

مقاومت در برابر سرعت بالا: پکینگ باید بتواند در برابر سرعت‌های دورانی بسیار بالا بدون تولید حرارت بیش از حد مقاومت کند.

فاقد روغن (Oil-Free): برای بسیاری از کاربردها، پکینگ باید از موادی ساخته شده باشد که نیاز به روان‌کاری روغنی ندارند.

انواع رایج پکینگ برای کمپرسورها:

گرافیتی درجه‌یک: گزینه غالب برای اکثر کمپرسورها به دلیل خودروانکاری عالی (نیاز کم به روغن) و آب‌بندی مؤثر در برابر گاز.

پکینگ‌های PTFE: برای کمپرسورهای “فاقد روغن” در صنایع غذایی، دارویی و نیمه‌هادی.

پکینگ‌های مرکب پیشرفته: که اغلب از ترکیب الیاف کربن و گرافیت ساخته می‌شوند تا استحکام و کارایی در سرعت‌های بالا را ترکیب کنند.

در چه صنایعی بیشترین استفاده از پکینگ نسوز مشاهده می‌شود؟

پکینگ نسوز به دلیل مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت، سایش، فشار و مواد شیمیایی، در طیف گسترده‌ای از صنایع استفاده می‌شود. بیشترین کاربرد آن در صنایع نیروگاهی، پتروشیمی و پالایشگاه‌ها است؛

جایی که برای آب‌بندی پمپ‌ها، ولوها و میکسرهایی که با بخار داغ، روغن‌های سنگین، گازها یا سیالات شیمیایی خورنده سروکار دارند به کار می‌رود. در این محیط‌ها، پکینگ‌های از جنس گرافیت خالص، آرامید، یا تفلون (PTFE) به‌دلیل تحمل دما تا حدود 650∘C650^\circ C650∘C و مقاومت در برابر محیط‌های خورنده به‌عنوان گزینه اصلی آب‌بندی انتخاب می‌شوند. همچنین این پکینگ‌ها در نیروگاه‌های حرارتی برای جلوگیری از نشتی بخار در شفت‌ها و فلنج‌ها نقش حیاتی دارند.

در کنار صنایع انرژی، پکینگ نسوز در کارخانه‌های فولاد، سیمان، شیشه و صنایع ریخته‌گری نیز کاربرد گسترده دارد، جایی که دستگاه‌ها در معرض دمای بسیار بالا و گردوغبار ساینده هستند. در این شرایط معمولاً از پکینگ‌های الیاف سرامیکی یا فایبرگلاس استفاده می‌شود تا مقاومت کامل در برابر حرارت و همچنین استحکام مکانیکی بالایی فراهم شود.

در صنایع غذایی و دارویی نیز نوع خاصی از پکینگ‌ها با پایه PTFE خالص کاربرد دارد، زیرا علاوه‌بر نسوز بودن، غیرسمی و بدون واکنش شیمیایی است. در مجموع، تقریبا در هر صنعتی که محورهای دوّار، شیرها یا پمپ‌ها با دما و مواد خورنده تماس دارند، پکینگ نسوز به عنوان جزء کلیدی سیستم آب‌بندی حضور دارد.

چرا برش زاویه‌دار در نصب پکینگ اهمیت دارد؟

برش زاویه‌دار (معمولاً ۴۵ یا ۶۰ درجه) در هنگام نصب پکینگ نسوز اهمیت زیادی دارد چون نقش مستقیمی در آب‌بندی کامل و جلوگیری از نشتی دارد. اگر انتهای نوار پکینگ به‌صورت عمود بریده و به‌صورت صاف کنار هم قرار گیرد، در محل اتصال یک درز مستقیم و باز احتمالی باقی می‌ماند که مسیر فرار سیال را فراهم می‌کند. اما وقتی برش به‌صورت مورب انجام شود، سطح تماس بین دو انتهای پکینگ بیشتر می‌شود؛ در نتیجه فشار یکنواخت‌تری بین الیاف ایجاد شده و اتصال کاملاً هم‌پوشان (overlap) پیدا می‌کند. به این ترتیب مسیر نشتی از بین می‌رود و پکینگ در زمان کارکرد، آب‌بندی کامل‌تری فراهم می‌کند.

دلیل دوم اهمیت برش زاویه‌ای به تقسیم نیروی فشاری در دور شفت یا پیستون مربوط است. فشاری که از طریق گلند و درپوش بر پکینگ وارد می‌شود، باید یکسان در کل محیط توزیع شود تا پکینگ به‌صورت همگن فشرده شود. در صورتی که برش عمودی باشد،

لبه‌ها فشار را متمرکز کرده و ممکن است در آن ناحیه الیاف ترک بردارند یا له شوند. ولی در برش زاویه‌ای، نیروی فشاری به‌صورت تدریجی در سراسر سطح پخش می‌شود، جلوی پارگی را می‌گیرد و عمر آب‌بندی پکینگ را چند برابر می‌کند. به همین دلیل، در استانداردهای نصب صنعتی (مثل API 622 و ASTM F2191) برش زاویه‌دار یکی از الزامات کلیدی در مونتاژ پکینگ محسوب می‌شود.

• گسکت

• واشر گرافیت
• واشر منهول
• واشر گرافویل