Каковы причины выхода из строя и утечки механического уплотнения центробежного насоса?

Центробежные насосы в основном уплотняются торцевыми уплотнениями, а магнитные насосы – изолирующими втулками со статическим уплотнением. Существует множество типов механических уплотнений для центробежных насосов, и модели различаются, но есть пять основных мест утечки: уплотнение между втулкой и валом; уплотнение между динамическим кольцом и втулкой; уплотнение между динамическим и статическим кольцами; уплотнение между статическим кольцом и седлом статического кольца; уплотнение между уплотнительной торцевой крышкой и корпусом насоса. Выход из строя уплотнения насоса и его утечка доставляют много хлопот. Будь то центробежный или магнитный насос, утечка жидкости является важным фактором, вызывающим аварии на производстве. Ниже приводится анализ и решение проблемы утечки, вызванной отказом уплотнения.

1. Утечка при испытании

После статического испытания торцевого уплотнения насоса центробежная сила, возникающая при высокоскоростном вращении во время работы, подавляет утечку рабочей среды. Поэтому, если исключить разрушение уплотнений вала и торцевой крышки, утечка механического уплотнения во время испытания в основном вызвана повреждением динамических и статических пар трения колец.

Основными факторами, вызывающими отказ уплотнения пары трения, являются:

(1) Во время работы из-за аномальных явлений, таких как вакуумирование и кавитация, возникает большое осевое усилие, что приводит к разделению контактных поверхностей динамического и статического колец;
(2) При установке механического уплотнения величина сжатия слишком велика, что приводит к серьезному износу и царапинам на торцевой поверхности пары трения;
(3) Уплотнение динамического кольца слишком тугое, и пружина не может регулировать величину осевого плавания динамического кольца;

(4) Уплотнение статического кольца слишком слабое. Когда динамическое кольцо плавает в осевом направлении, статическое кольцо отделяется от седла статического кольца;
(5) В рабочей среде присутствуют гранулированные вещества, которые во время работы попадают в пару трения. Обнаружьте торцевые уплотнения динамического и статического колец;
(6) Неправильный выбор конструкции, слишком низкое давление на торцевой поверхности уплотнения или большая холодная усадка уплотнительного материала. Вышеуказанное явление часто возникает во время пробной эксплуатации. Иногда его можно устранить путем правильной регулировки седла статического кольца, но большинство из них необходимо разобрать и заменить.

2. Утечка во время статического испытания при монтаже

После установки и отладки механического уплотнения обычно необходимо провести статическое испытание, чтобы увидеть утечку. Если утечка небольшая, то это в основном проблема с динамическим кольцом или статическим кольцевым уплотнением; если утечка большая, то это указывает на проблему между парами трения динамического и статического колец. На основе предварительного наблюдения за утечкой и определения места утечки вручную поверните колесо для наблюдения. Если нет явных изменений в утечке, значит, проблема в статическом и динамическом кольцевых уплотнениях; если при вращении происходит значительное изменение утечки, можно определить, что проблема в динамической и статической кольцевых парах трения; если среда утечки распыляется вдоль осевого направления, то в основном проблемы с динамическим кольцевым уплотнением, а если среда утечки распыляется по всему периметру или вытекает из отверстия для водяного охлаждения, то в основном выходит из строя статическое кольцевое уплотнение. Кроме того, каналы утечки могут существовать одновременно, но обычно различают первичные и вторичные. Если вы внимательно наблюдаете и хорошо знакомы с конструкцией, вы сможете сделать правильный вывод.

3. Отказ, вызванный потерей смазочной пленки на обеих торцевых поверхностях уплотнения

(1) Из-за наличия нагрузки на торцевое уплотнение насос запускается при отсутствии жидкости в камере уплотнения, что приводит к сухому трению;

(2) Давление среды ниже давления насыщенного пара, в результате чего жидкая пленка на торцевой поверхности вспыхивает и теряет смазку;

(3) Если среда представляет собой летучий продукт, то при образовании накипи или засорения в системе охлаждения механического уплотнения давление насыщенных паров среды повышается из-за трения торцевых поверхностей и тепла, выделяемого вращающимся элементом, перемешивающим жидкость, что также приводит к тому, что давление среды становится ниже давления насыщенных паров.

4. Отказ механического уплотнения, вызванный коррозией

(1) Точечная коррозия и даже проникновение на поверхность уплотнения.
(2) Из-за сварки кольца из карбида вольфрама и седла из нержавеющей стали седло из нержавеющей стали подвержено межкристаллитной коррозии в процессе эксплуатации;
(3) Сварные металлические сильфоны, пружины и т.д. подвержены разрыву под совместным воздействием напряжения и коррозии среды.

5. Выход уплотнения из строя из-за износа торцевой поверхности уплотнения

(1) Степень балансировки β механического уплотнения также влияет на износ уплотнения. В целом, степень баланса β=75% является подходящей. Когда β<75%, хотя износ уменьшается, утечка увеличивается, и вероятность вскрытия поверхности уплотнения возрастает. Для высоконагруженных (с высоким значением PV) механических уплотнений, из-за большого тепла трения торцевой поверхности, β обычно составляет 65-70 %. Для низкокипящих углеводородных сред, поскольку температура более чувствительна к газификации среды, чтобы уменьшить влияние тепла трения, β предпочтительно составляет от 80 до 85 %.

(2) Низкая износостойкость, большой коэффициент трения и чрезмерное давление на торцевую поверхность (включая давление пружины) пары трения сокращают срок службы торцевого уплотнения. Для обычно используемых материалов порядок износостойкости следующий: карбид кремния-углеграфит, цементированный карбид-углеграфит, керамика-углеграфит, напыленный керамика-углеграфит, керамика-углеграфит из нитрида кремния, быстрорежущая сталь-углеграфит и плакированный цементированный карбид-углеграфит.

(3) Для сред, содержащих твердые частицы, попадание твердых частиц на уплотнительную поверхность является основной причиной отказа уплотнения. Твердые частицы, попадающие на торцевую поверхность пары трения, действуют как абразив, вызывая сильный износ и выход уплотнения из строя. Разумный зазор между уплотнительными поверхностями, баланс механического уплотнения и мигание пленки жидкости на торцевой поверхности уплотнения являются основными причинами открытия торцевой поверхности и попадания твердых частиц.

6. Утечка механического уплотнения, вызванная ошибками в установке, эксплуатации или самом оборудовании

(1) Утечка механического уплотнения, вызванная некачественным монтажом. В основном это проявляется в следующих аспектах:

1) контактная поверхность динамических и статических колец неровная, они смяты или повреждены при установке;

2) Динамические и статические кольцевые уплотнения имеют неправильный размер, повреждены или не плотно прижаты;

3) На поверхности динамических и статических колец имеются посторонние предметы;

4) V-образные уплотнения динамических и статических колец установлены в противоположном направлении, или их края перевернуты во время установки;

5) Имеется утечка в гильзе, уплотнение не установлено или сила прижима недостаточна;

6) Усилие пружины неравномерно, одиночная пружина расположена не вертикально, а длина нескольких пружин различна;

7) Торцевая поверхность полости уплотнения недостаточно вертикальна по отношению к валу;

8) на активной части уплотнения на втулке имеются очаги коррозии.

(2) Основными причинами утечки механического уплотнения во время работы оборудования являются:

1) Осевое перемещение рабочего колеса насоса превышает норму, вал периодически вибрирует, работа процесса нестабильна, давление в уплотнительной камере часто меняется, что приводит к периодической утечке уплотнения;

2) Пара трения повреждена или деформирована и не может работать, что приводит к утечке;

3) Неправильный выбор материала уплотнительного кольца, разбухание и потеря эластичности;

4) Большая пружина расположена не в правильном направлении;

5) Вибрация оборудования слишком велика во время работы;

6) Между динамическим и статическим кольцами и втулкой вала образуется нагар, в результате чего пружина теряет свою упругость и не может компенсировать износ уплотнительной поверхности;

7) Уплотнительное кольцо треснуло и т.д.

(3) Насос протекает при повторном запуске после остановки на некоторое время. Это происходит в основном из-за застывания и кристаллизации среды вблизи пары трения, наличия накипи на паре трения, а также коррозии и блокировки пружины, что приводит к потере упругости.

7. Отказ механического уплотнения из-за воздействия высокой температуры

1. Термическое растрескивание – распространенное явление отказа высокотемпературных масляных насосов, таких как насосы для остатков нефти, насосы для рециркуляции нефти, атмосферные насосы и насосы для днища вакуумной башни. Радиальные трещины появляются на поверхности кольца из-за сухого трения, внезапного прекращения подачи охлаждающей воды, попадания примесей на поверхность уплотнения и вакуумирования.

2. Карбонизация графита является одной из основных причин выхода из строя уплотнений при использовании углеграфитовых колец. Во время использования, если графитовое кольцо превышает допустимую температуру (обычно -105 ~ 250 ° C), смола будет осаждаться на его поверхности, и смола вблизи поверхности трения будет карбонизирована. Если есть связующее вещество, оно вспенивается и размягчается, увеличивая утечку на уплотнительной поверхности и вызывая разрушение уплотнения;

3. Вспомогательные уплотнения (такие как фторкаучук, EPDM и цельнорезиновые) стареют, трескаются, твердеют и быстро теряют эластичность после превышения допустимой температуры. Используемый в настоящее время гибкий графит обладает хорошей термостойкостью и коррозионной стойкостью, но его упругость оставляет желать лучшего. Кроме того, он легко трескается и легко повреждается при монтаже.