Для понимания причин утечек в центробежных насосах важно сначала разобраться в их основных принципах работы. Когда поток входит через отверстие в рабочем колесе насоса и поднимается по лопаткам, жидкость находится под более низким давлением и имеет низкую скорость. Когда поток проходит через спиральный корпус, давление увеличивается, а скорость возрастает. Затем поток выходит через нагнетательное отверстие, где давление высокое, но скорость снижается. Поток, поступающий в насос, должен выйти из него. Насос создает напор (или давление), то есть увеличивает энергию перекачиваемой жидкости.
Некоторые неисправности компонентов центробежного насоса, такие как муфты, гидравлические и статические соединения, а также подшипники, могут привести к отказу всей системы, однако примерно шестьдесят девять процентов всех отказов насосов происходят из-за неисправности уплотнительного устройства.
НЕОБХОДИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УПЛОТНЕНИЙ
механическое уплотнениеЭто устройство, используемое для контроля утечек между вращающимся валом и сосудом, заполненным жидкостью или газом. Его основная задача — контролировать утечки. Все уплотнения протекают — это необходимо для поддержания жидкостной пленки по всей поверхности механического уплотнения. Утечка со стороны атмосферы довольно невелика; утечка в углеводородах, например, измеряется измерителем летучих органических соединений в частях на миллион.
До разработки механических уплотнений инженеры обычно герметизировали насосы с помощью механической набивки. Механическая набивка, представляющая собой волокнистый материал, обычно пропитанный смазкой, такой как графит, разрезалась на секции и забивалась в так называемый «сальник». Затем с обратной стороны добавлялся сальниковый узел для уплотнения. Поскольку набивка находится в непосредственном контакте с валом, она требует смазки, но все равно снижает мощность.
Обычно «кольцо-фонарь» позволяет подавать промывочную воду на сальник. Эта вода, необходимая для смазки и охлаждения вала, будет просачиваться либо в технологический процесс, либо в атмосферу. В зависимости от области применения вам может потребоваться:
- Чтобы избежать загрязнения, направляйте промывочную воду в сторону от технологического процесса.
- предотвратить скопление смывной воды на полу (разбрызгивание), что является проблемой как с точки зрения требований OSHA, так и с точки зрения уборки помещений.
- Защитите корпус подшипника от промывочной воды, которая может загрязнить масло и в конечном итоге привести к выходу подшипника из строя.
Как и в случае с любым насосом, вам следует протестировать его, чтобы узнать ежегодные затраты на его эксплуатацию. Насос с уплотнением может быть недорогим в установке и обслуживании, но если вы посчитаете, сколько галлонов воды он потребляет в минуту или в год, вы можете удивиться результатам. Насос с механическим уплотнением потенциально может значительно сэкономить вам ежегодные расходы.
Учитывая общую геометрию механического уплотнения, в любом месте, где есть прокладка или уплотнительное кольцо, возникает потенциальное место утечки:
- Изношенное, поврежденное или изношенное динамическое уплотнительное кольцо (или прокладка) в результате перемещения механического уплотнения.
- Загрязнения или примеси между механическими уплотнениями.
- Отклонение от расчетной конфигурации работы механических уплотнений.
Пять типов неисправностей уплотнительных устройств
Если центробежный насос демонстрирует неконтролируемую утечку, необходимо тщательно проверить все возможные причины, чтобы определить, требуется ли ремонт или новая установка.
1. Эксплуатационные сбои
Пренебрежение точкой максимальной эффективности: Работаете ли вы насосом в точке максимальной эффективности (ТМЭ) на кривой производительности? Каждый насос разработан с учетом определенной точки эффективности. При работе насоса вне этого диапазона возникают проблемы с потоком, которые приводят к отказу системы.
Недостаточный положительный напор на всасывании (NPSH): Если напор на всасывании насоса недостаточен, вращающийся узел может стать нестабильным, вызвать кавитацию и привести к нарушению герметичности.
Работа в режиме "без движения":Если установить регулирующий клапан слишком низко, чтобы заблокировать работу насоса, это может привести к засорению потока. Засорение потока вызывает рециркуляцию внутри насоса, что приводит к выделению тепла и способствует выходу из строя уплотнений.
Работа всухую и неправильная вентиляция уплотнения: Вертикальный насос наиболее подвержен этому, поскольку механическое уплотнение расположено сверху. При неправильной вентиляции воздух может задерживаться вокруг уплотнения и не сможет выходить из сальниковой камеры. Если насос продолжит работать в таком состоянии, механическое уплотнение быстро выйдет из строя.
Низкий запас по пару:Это быстроиспаряющиеся жидкости; горячие углеводороды испаряются при воздействии атмосферных условий. Когда пленка жидкости проходит через механическое уплотнение, она может испариться со стороны атмосферы и вызвать поломку. Такая поломка часто происходит в системах подачи воды в котлы — горячая вода при температуре 250-280 °F испаряется из-за падения давления на поверхностях уплотнения.
2. Механические неисправности
Несоосность валов, дисбаланс муфты и дисбаланс рабочего колеса могут способствовать выходу из строя механических уплотнений. Кроме того, после установки насоса, если к нему прикручены трубы с несоосностью, это создаст значительную нагрузку на насос. Также необходимо избегать плохого основания: надежно ли оно закреплено? Правильно ли оно заделано раствором? Не слишком ли мягкое основание? Правильно ли оно прикручено болтами? И, наконец, проверьте подшипники. Если допуск подшипников изнашивается, валы будут смещаться и вызывать вибрации в насосе.
3. Отказы уплотнительных элементов
У вас есть подходящая трибологическая пара (изучающая трение)? Вы выбрали правильные комбинации материалов для уплотнений? А как насчет качества материала уплотнительной поверхности? Подходят ли ваши материалы для вашего конкретного применения? Выбрали ли вы соответствующие вторичные уплотнения, такие как прокладки и уплотнительные кольца, которые устойчивы к химическому и термическому воздействию? Ваши пружины не должны быть засорены, а сильфоны не должны быть подвержены коррозии. Наконец, следите за деформацией поверхности под давлением или нагревом, поскольку механическое уплотнение под большим давлением будет изгибаться, и искаженный профиль может вызвать утечку.
4. Сбои в проектировании системы
Необходимо обеспечить надлежащую систему промывки уплотнений, а также достаточное охлаждение. В двухнасосных системах используются барьерные жидкости; вспомогательный уплотнительный бак должен располагаться в правильном месте, с соответствующим оборудованием и трубопроводами. Необходимо учитывать длину прямого участка трубы на всасывании — некоторые старые насосные системы, которые часто поставлялись в виде комплектных блоков, включают в себя колено под углом 90º на всасывании непосредственно перед входом потока в рабочее колесо. Это колено вызывает турбулентность потока, что приводит к нестабильности вращающегося узла. Все всасывающие/нагнетательные и байпасные трубопроводы также должны быть спроектированы правильно, особенно если некоторые трубы ремонтировались в течение многих лет.
5. Всё остальное
На долю других, второстепенных факторов приходится лишь около 8 процентов всех отказов. Например, иногда требуются вспомогательные системы для обеспечения приемлемых условий эксплуатации механического уплотнения. В случае с двойными системами необходима вспомогательная жидкость, которая служит барьером, предотвращающим загрязнение или попадание технологической жидкости в окружающую среду. Однако для большинства пользователей решение, предложенное в первой четвертой категории, будет достаточным.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Механические уплотнения играют важную роль в надежности вращающегося оборудования. Они являются причиной утечек и отказов системы, а также указывают на проблемы, которые в конечном итоге могут привести к серьезным повреждениям. Надежность уплотнений в значительной степени зависит от их конструкции и условий эксплуатации.
Дата публикации: 26 июня 2023 г.