Ekonomik faktörler salmastra seçiminde önemli rol oynar. Kullanıcı, düşürülen sızıntı ve emisyonu, artırılan verimliliği ve güvenirliliği – salmastra satın alma ve montaj bedeli ile karşılaştırmalıdır. Fırça sızdırmazlık elemanları, uzay ve havacılıkta kullanılan onaylanmış teknolojiye sahiptirler ve turbo makinelerde sızdırmazlığı artırırlar.
Dinamik salmastralar genelde iki ürün çatısının altında yer alır:
Sabit geometrik salmastralar ve uyumlu geometrik salmastralar. Sert geometrik salmastra rotor ile temas ettiğinde, “sürtünme” olarak adlandırılan olay meydana gelir, bunun sonucunda da etkili sızdırmazlık malzemesi kaldırılır ve bu durum sızıntıda artış ile sonuçlanır. Uyumlu geometrik salmastra ise rotor hareketlerini takip eder ve “sürtünme” durumunda etkili sızdırmazlık malzemesinde minimum kayıp yaşanır. Makine durağan durumuna geçer ve sızıntı minimuma iner.
Fırça sızdırmazlık elemanları uyumlu salmastralar grubunda yer alır. Yoğun kıllar rotor temasında eğilir, böylece fırça sızdırmazlık elemanları doğal olarak rotor hareketini takip eder ve aşınma minimumda kalır. Fırçalı sızdırmazlık elemanları, döner ve sabit parçaların arasındaki büyük ısı farklılıklarından meydana gelen sızıntı boşluklarını azaltmada oldukça etkilidirler.
Büyük gaz ve buhar türbini uygulamalarındaki labirent salmastralarda yaşanan sızıntı boşluğunu azaltmak için genelde fırça sızdırmazlık elemanlarına yer verilir ve verimlilik artırılır. Genel amaçlı buhar türbinlerinde fırçalı sızdırmazlık elemanları, performansı ve karbon halkaların ömrünü uzatır. Rafineri, petrokimya tesisleri ve gıda işleme merkezlerindeki prosesleri desteklemek için buhar üretimine sıklıkla yer verilmektedir. Farklı proseslerde farklı buhar koşul gereksinimleri olduğunda, buhar basıncının bir prosesten diğerine düşürülmesi gerekebilir. En basit çözüm basınç düşürücü vana kullanımı olur, fakat mevcut enerji ile aynı işi gerçekleştirmek daha etkili bir alternatif oluşturur. Genel amaçlı buhar türbini de tam olarak bu amaçla kullanılır. Buhar basıncı türbin tarafından düşürülerek pompayı, kompresörü veya benzeri ekipmanları çalıştırmak üzere döner enerjiye dönüştürülür. Genel amaçlı buhar türbinlerinin çıkış oranları genelde 3500hp (2.6 MW) olarak sınıflandırılabilmektedir.
Standart Karbon Halkaları (Boğaz Karbon)
Genel amaçlı buhar türbinlerindeki standart sızdırmazlık genelde karbon halkalar ile sağlanır. Karbon halkası, garter yayı ile bir arada tutulan üç bölümü kapsar. Normal şartlarda buhar ve egzost çıkışı tarafındaki sızdırmazlık gövdelerinin herbirinde 4 ila 5 ve daha fazla karbon halkası yer alır. Karbon halkalar, labirent sızdırmazlık elemanlarından farklı olarak türbin gövdesine sert şekilde monte edilmezler. Segmentler türbin rotoruna boğaz karbon yuvasında monte edilir. Karbon halkalarının iki sızdırmazlık yüzeyi vardır: boğaz karbon yuvasının downstream duvarında yüzey keçesi ve rotor yüzeyinde şaft keçesi. Yüzey keçesi buharın karbon halkasının etrafında gezinmesini önlerken, şaft keçesi türbin rotoru boyunca buhar sızıntısını kontrol eder. Zamanla karbon deliğinde aşınma artarak şaft kleransını açar ve buhar sızıntısında artışa sebep olur. Buhar sızıntısındaki artış, işletim ve bakım maliyetleri üzerinde olumsuz bir etkiye sebep olur. Sızan buhar, rulman haznesine sızarak yağı kirletebilir veya rulman yağında ısı artışına sebep olabilir. Yağ kirlenmesi ve yüksek yağ ısısı rulman performansını düşürür ve rulman arızası riskini artırır. Ayrıca karbonun doğal yapısı buharlı ortamda dayanım gösteremeyebilir ve ciddi oranda sızıntının yanı sıra, salmastra kutusunda erozyon ile sonuçlanabilir.
Fırçalı Sızdırmazlık Elemanlarının Uygulanması
Fırçalı sızdırmazlık elemanlarının genel amaçlı buhar türbini karbon halkalarıyla birleşimi rotor arayüzünde karbon aşınımını azaltır ve buhar sızıntısını ciddi oranda düşürür. Hibrid çözümü Inpro/Seal’n geliştirdiği ve ürettiği Sentinel® Floating Brush Seal (FBS) oluşturur. Sentinel FBS, fırça sızdırmazlık teknolojisini öncelikle şaft keçesi olarak uygular, karbon halkası ise salmastra kutusunda yüzey keçesi olarak görev görür. İki teknolojinin kombinasyonu sağlam ve kendinden merkezlenebilen montaj sağlar. Salmastra kutusunun upstream tarafında yer alan fırça sızdırmazlık teknolojisi sayesinde fırça kılları downstream tarafındaki basıncı düşürür ve buhar kirlenmelerinin filtreleyerek önüne geçer. Fırça sızdırmazlık teknolojisi, salmastra ömrünü uzatır ve sızıntı oranını düşürür.
Genel amaçlı buhar türbinlerine yönelik ilk FBS teknolojisi 2000’lerin başında karbon halka konusunda oluşan şikayetlerin neticesinde piyasaya sunulmuştur. Paslanmaz çelik taşıyıcısına yerleştirilen fırçalı halka, jet motorundaki fırçalı sızdırmazlık elemanı ayarındaydı. Fakat bu ilk FBS lerin yapısı fazla ağır olmuştur. Fırça kılları kendi ağırlığından ötürü çok hızlı aşınmıştır. Ağırlığı hafifletmek amacıyla karbon halkası tekrardan dahil edildi.
İkinci jenerasyon FBS piyasaya 2007 yılında sürülmüştür. Setinel FBS, garter yayı ile birarada tutulan iki parçalı bir tasarıma sahiptir. Setinel FBS lerin montajı oldukça kolaydır, rotorun çıkartılmasına gerek kalmadığından ciddi tasarruf sağlar. Genelde her bir kutuya iki adet Setinel FBS monte edilir. Downstream keçelerine yeni karbon halkalar geçer.
Daha Az Bakım ve Sızıntı
FBS leri ilk deneyenler salmastranın kapasitesini en sorunlu türbinlerinde test etmiştir. Islak buhar koşulları ve döngüsel işletim karbon performansına dorudan etki etmekteydi. Bunun neticesinde yüksek bakım maliyetleri ve masraflı buhar kayıpları oluşmaktaydı. Müşteriler karbon halkaları her üç ayda bir değiştirmek zorunda kalıyorlardı. Bazı müşteriler sadece dört hafta içerisinde yoğuşma sıvısı gözlemliyordu. Her iki durumda da Setinel FBS sorunları ortadan kaldırmıştır. Bakım aralıkları üç-dört yıla uzatılmıştır, buhar sızıntıları ise %70 düşürülmüştür ve yağ sıcaklığı 27°C’ye indirilmiştir. Bu durumda garanti süresi iki yıla çıkartılmıştır.
Bu ilk başarıların ardından Setinel FBS’ler yüzlerce farklı markalı buhar türbinlerine monte edilmiştir.
Metrans Makina Inpro/Seal’in Türkiye’deki yetkili temsilciliğidir.