Odstředivá čerpadla jsou v zásadě utěsněna mechanickými ucpávkami, zatímco magnetická čerpadla jsou utěsněna statickými těsnicími izolačními pouzdry. Existuje mnoho typů mechanických ucpávek pro odstředivá čerpadla a jejich modely se liší, ale existuje pět hlavních míst netěsnosti: ucpávka mezi pouzdrem a hřídelí; ucpávka mezi dynamickým kroužkem a pouzdrem; ucpávka mezi dynamickým a statickým kroužkem; ucpávka mezi statickým kroužkem a sedlem statického kroužku; ucpávka mezi těsnicím koncovým krytem a tělesem čerpadla. Selhání a netěsnost těsnění čerpadla jsou velmi problematické. Ať už se jedná o odstředivé nebo magnetické čerpadlo, únik kapaliny je důležitým faktorem způsobujícím nehody ve výrobě. Následuje analýza a řešení problému netěsnosti způsobené selháním těsnění.
1. Únik během zkušebního provozu
Po statické zkoušce mechanické ucpávky čerpadla bude odstředivá síla vznikající při vysokorychlostní rotaci během provozu potlačovat únik média. Proto po vyloučení poruchy těsnění hřídele a koncového krytu je netěsnost mechanické ucpávky během zkušebního provozu v podstatě způsobena poškozením dynamických a statických třecích dvojic kroužků.
Hlavními faktory, které způsobují selhání těsnění třecího páru, jsou:
(1) Během provozu dochází v důsledku abnormálních jevů, jako je podtlak a kavitace, k působení velké axiální síly, která způsobuje oddělení styčné plochy dynamických a statických kroužků;
(2) Při instalaci mechanické ucpávky je stlačení příliš velké, což vede k vážnému opotřebení a poškrábání koncového povrchu třecího páru;
(3) Těsnění dynamického kroužku je příliš těsné a pružina nemůže nastavit axiální plovoucí velikost dynamického kroužku;
(4) Statické těsnění kroužku je příliš volné. Když dynamický kroužek axiálně plave, statický kroužek se oddělí od sedla statického kroužku;
(5) V pracovním médiu jsou zrnité látky, které se během provozu dostávají do třecího páru. Zjistěte dynamické a statické čelní plochy těsnicího kroužku;
(6) Volba konstrukce je špatná, čelní tlak těsnění je příliš nízký nebo těsnicí materiál má velké smrštění za studena. K výše uvedenému jevu často dochází během zkušebního provozu. Někdy jej lze odstranit správným seřízením statického sedla kroužku, ale většinu z nich je třeba demontovat a vyměnit.
2. Netěsnost při statické zkoušce instalace
Po instalaci a odladění mechanické ucpávky je zpravidla nutné provést statickou zkoušku těsnosti. Pokud je netěsnost malá, jedná se většinou o problém s dynamickým kroužkem nebo statickým těsnicím kroužkem; pokud je netěsnost velká, znamená to, že je problém mezi třecími páry dynamického a statického kroužku. Na základě předběžného pozorování netěsnosti a posouzení místa netěsnosti ručně otočte kolečkem a pozorujte. Pokud nedojde k žádné zjevné změně netěsnosti, jedná se o problém se statickým a dynamickým kroužkovým těsněním; pokud dojde během otáčení k výrazné změně netěsnosti, lze určit, že se jedná o problém s dynamickou a statickou kroužkovou třecí dvojicí; pokud je netěsné médium rozstřikováno podél axiálního směru, jedná se většinou o problémy s dynamickým kroužkovým těsněním, a pokud je netěsné médium rozstřikováno všude kolem nebo uniká z otvoru pro chlazení vodou, jedná se většinou o poruchu statického kroužkového těsnění. Kromě toho mohou současně existovat i netěsné kanály, ale obecně se rozlišuje primární a sekundární. Pokud pozorně pozorujete a znáte konstrukci, budete schopni správně posoudit.
3. Porucha způsobená ztrátou mazacího filmu na obou těsnicích plochách.
(1) Vzhledem k existenci zatížení čelního těsnění se čerpadlo spouští, když v těsnicí komoře není žádná kapalina, což způsobuje suché tření;
(2) Tlak média je nižší než tlak nasycených par, což způsobuje vzplanutí kapalného filmu na čelní straně a ztrátu mazání;
(3) Pokud je médium těkavý produkt a v chladicím systému mechanické ucpávky dojde k usazování vodního kamene nebo jeho ucpání, zvýší se tlak nasycených par média v důsledku tření o čelní plochy a tepla generovaného rotujícím prvkem, který kapalinu míchá, což rovněž způsobí, že tlak média je nižší než jeho tlak nasycených par.
4. Selhání mechanického těsnění způsobené korozí
(1) Důlní vrypy a rovnoměrné pronikání do těsnicí plochy.
(2) Kvůli svařování kroužku z karbidu wolframu a sedla z nerezové oceli je sedlo z nerezové oceli během používání náchylné k mezikrystalové korozi;
(3) Svařované kovové měchy, pružiny atd. jsou náchylné k prasknutí kombinovaným působením napětí a středně silnou korozí.
5. Porucha těsnění v důsledku opotřebení čelní plochy těsnění
(1) Stupeň vyvážení β mechanické ucpávky ovlivňuje také její opotřebení. Obecně je vhodný stupeň vyvážení β=75%. Pokud je β<75%, opotřebení se sice snižuje, ale zvyšuje se netěsnost a možnost otevření povrchu těsnění. U mechanických těsnění s vysokým zatížením (vysokou hodnotou PV) je β vzhledem k velkému třecímu teplu čelní plochy obecně 65% až 70%. Pro nízkovroucí uhlovodíková média, protože teplota je citlivější na zplyňování média, je za účelem snížení vlivu třecího tepla β přednostně 80% až 85%.
(2) Nízká odolnost proti opotřebení, velký součinitel tření a nadměrný tlak na koncový povrch (včetně tlaku pružiny) třecího páru zkracují životnost mechanické ucpávky. U běžně používaných materiálů je pořadí odolnosti proti opotřebení následující: karbid křemíku - uhlíkový grafit, cementovaný karbid - uhlíkový grafit, keramický uhlíkový grafit, stříkaný keramický uhlíkový grafit, nitrid křemíku - keramický uhlíkový grafit, rychlořezná ocel - uhlíkový grafit a plátovaný cementovaný karbid - uhlíkový grafit.
(3) U médií obsahujících pevné částice je hlavní příčinou selhání těsnění vniknutí pevných částic do těsnicího povrchu. Pevné částice, které se dostanou na čelní plochu třecího páru, působí jako abraziva a způsobují silné opotřebení a selhání těsnění. Přiměřená mezera mezi těsnicí plochou, vyvážení mechanické ucpávky a blikání kapalného filmu na čelní ploše těsnění jsou hlavními příčinami otevření čelní plochy a vniknutí pevných částic.
6. Netěsnost mechanického těsnění způsobená chybami v instalaci, provozu nebo v samotném zařízení.
(1) Netěsnost mechanického těsnění způsobená špatnou instalací. Projevuje se především v následujících aspektech:
1) Styčná plocha dynamických a statických kroužků je nerovná a při instalaci dochází k jejich otlačení nebo poškození;
2) Dynamické a statické těsnicí kroužky mají nesprávnou velikost, jsou poškozené nebo nejsou pevně přitisknuté;
3) Na povrchu dynamických a statických kroužků jsou cizí předměty;
4) Těsnění ve tvaru V dynamických a statických kroužků se instalují v opačném směru nebo se jejich hrany při instalaci otočí;
5) Na objímce dochází k netěsnosti, těsnění není nainstalováno nebo lisovací síla není dostatečná;
6) Síla pružiny je nerovnoměrná, jednotlivá pružina není svislá a délky více pružin jsou různé;
7) Čelní plocha těsnicí dutiny není dostatečně kolmá k hřídeli;
8) V aktivní části těsnění na objímce jsou místa koroze.
(2) Hlavními příčinami netěsnosti mechanického těsnění během provozu zařízení jsou:
1) Axiální pohyb oběžného kola čerpadla překračuje normu, hřídel periodicky vibruje, procesní provoz je nestabilní a tlak v těsnicí komoře se často mění, což způsobuje periodickou netěsnost těsnění;
2) Třecí pár je poškozený nebo deformovaný a nemůže procházet, což způsobuje netěsnost;
3) Nesprávný výběr materiálů těsnicích kroužků, bobtnání a ztráta pružnosti;
4) Velká pružina není ve správném směru;
5) Vibrace zařízení jsou během provozu příliš velké;
6) Mezi dynamickými a statickými kroužky a objímkou hřídele se tvoří usazeniny, které způsobují, že pružina ztrácí svou pružnost a nemůže kompenzovat opotřebení těsnicí plochy;
7) Těsnicí kroužek je prasklý atd.
(3) Čerpadlo při opětovném spuštění po určité době zastavení netěsní. To je způsobeno především tuhnutím a krystalizací média v blízkosti třecího páru, přítomností vodního kamene na třecím páru a korozí a zablokováním pružiny, což vede ke ztrátě pružnosti.
7. Selhání mechanického těsnění v důsledku vysoké teploty
1. Tepelné praskání je běžným jevem poruch vysokoteplotních olejových čerpadel, jako jsou čerpadla na zbytkový olej, čerpadla na recyklovaný olej a čerpadla na dno atmosférických a vakuových věží. Radiální trhliny se objeví na povrchu kroužku v důsledku suchého tření, náhlého přerušení chladicí vody, vniknutí nečistot do těsnicí plochy a vakuování.
2. Karbonizace grafitu je jednou z hlavních příčin selhání těsnění při použití uhlíko-grafitových kroužků. Pokud grafitový kroužek během používání překročí přípustnou teplotu (obecně -105 ~ 250 °C), vysráží se na jeho povrchu pryskyřice a pryskyřice v blízkosti třecí plochy karbonizuje. Pokud je v něm pojivo, zpění a změkne, čímž se zvýší netěsnost těsnicí plochy a dojde k selhání těsnění;
3. Pomocná těsnění (např. fluorokaučukové, EPDM a celopryžové) po překročení přípustné teploty stárnou, praskají, tvrdnou a rychle ztrácejí pružnost. V současnosti používaný pružný grafit má dobrou odolnost proti vysokým teplotám a korozi, ale jeho pružnost je nízká. Snadno také praská a při instalaci se snadno poškodí.