Le pompe centrifughe sono fondamentalmente sigillate da tenute meccaniche, mentre le pompe magnetiche sono sigillate da manicotti di isolamento a tenuta statica. Esistono molti tipi di tenute meccaniche per le pompe centrifughe e i modelli variano, ma i punti di perdita principali sono cinque: la tenuta tra il manicotto e l'albero; la tenuta tra l'anello dinamico e il manicotto; la tenuta tra l'anello dinamico e quello statico; la tenuta tra l'anello statico e la sede dell'anello statico; la tenuta tra il coperchio di tenuta e il corpo della pompa. È molto problematico che la tenuta della pompa si guasti e perda. Che si tratti di una pompa centrifuga o di una pompa magnetica, la perdita di liquido è un fattore importante che causa incidenti nella produzione. Di seguito vengono illustrate l'analisi e la soluzione del problema delle perdite causate dal malfunzionamento della tenuta.
1. Perdite durante il test
Dopo che la tenuta meccanica della pompa è stata testata staticamente, la forza centrifuga generata dalla rotazione ad alta velocità durante il funzionamento sopprime la perdita del fluido. Pertanto, dopo aver escluso il guasto delle tenute dell'albero e del coperchio terminale, la perdita della tenuta meccanica durante il test è fondamentalmente causata dal danneggiamento delle coppie di attrito dinamico e statico dell'anello.
I principali fattori che causano il cedimento della tenuta della coppia di attrito sono:
(1) Durante il funzionamento, a causa di fenomeni anomali come il vuoto e la cavitazione, si genera una grande forza assiale che causa la separazione della superficie di contatto degli anelli dinamici e statici;
(2) Quando si installa la tenuta meccanica, la quantità di compressione è eccessiva, con conseguente grave usura e graffi sulla superficie terminale della coppia di attrito;
(3) La tenuta dell'anello dinamico è troppo stretta e la molla non è in grado di regolare la quantità di fluttuazione assiale dell'anello dinamico;
(4) La tenuta dell'anello statico è troppo allentata. Quando l'anello dinamico fluttua assialmente, l'anello statico si separa dalla sede dell'anello statico;
(5) Nel fluido di lavoro sono presenti sostanze granulari che entrano nella coppia di attrito durante il funzionamento. Rilevare le facce dinamiche e statiche della tenuta ad anello;
(6) La scelta del progetto è sbagliata, la pressione del lato terminale della tenuta è troppo bassa o il materiale di tenuta ha un forte ritiro a freddo. Il fenomeno di cui sopra si verifica spesso durante il funzionamento di prova. A volte può essere eliminato regolando correttamente la sede dell'anello statico, ma nella maggior parte dei casi deve essere smontato e sostituito.
2. Perdite durante la prova statica di installazione
Dopo l'installazione e il debug della tenuta meccanica, è generalmente necessario eseguire un test statico per osservare le perdite. Se la perdita è piccola, si tratta per lo più di un problema dell'anello dinamico o della tenuta statica; se la perdita è grande, indica che c'è un problema tra le coppie di attrito dell'anello dinamico e statico. Sulla base dell'osservazione preliminare della perdita e del giudizio sulla posizione della perdita, ruotare manualmente la ruota per osservare. Se la perdita non subisce variazioni evidenti, il problema riguarda le tenute ad anello statiche e dinamiche; se la perdita subisce variazioni significative durante la rotazione, si può stabilire che il problema riguarda le coppie di anelli di attrito dinamici e statici; se il mezzo di perdita viene spruzzato lungo la direzione assiale, il problema riguarda per lo più la tenuta ad anello dinamica, mentre se il mezzo di perdita viene spruzzato tutt'intorno o fuoriesce dal foro di raffreddamento dell'acqua, il problema riguarda per lo più la tenuta ad anello statica. Inoltre, i canali di perdita possono esistere anche contemporaneamente, ma in genere si distinguono in primari e secondari. Se si osserva con attenzione e si conosce bene la struttura, si è in grado di formulare un giudizio corretto.
3. Guasto causato dalla perdita del film di lubrificazione su entrambe le superfici di tenuta.
(1) A causa dell'esistenza del carico di tenuta sulla faccia terminale, la pompa viene avviata in assenza di liquido nella camera di tenuta, causando un attrito a secco;
(2) Il fluido è inferiore alla pressione del vapore saturo, causando l'intermittenza del film liquido della faccia terminale e la perdita di lubrificazione;
(3) Se il fluido è un prodotto volatile, quando si verifica un'incrostazione o un'ostruzione nel sistema di raffreddamento della tenuta meccanica, la pressione di vapore saturo del fluido aumenta a causa dell'attrito delle facce e del calore generato dall'elemento rotante che agita il liquido, causando anche una pressione del fluido inferiore alla sua pressione di vapore saturo.
4. Guasto della tenuta meccanica causato dalla corrosione
(1) Pitting e penetrazione uniforme della superficie di tenuta.
(2) A causa della saldatura dell'anello in carburo di tungsteno e della sede in acciaio inox, la sede in acciaio inox è soggetta a corrosione intergranulare durante l'uso;
(3) I soffietti metallici saldati, le molle, ecc. sono soggetti a rottura sotto l'azione combinata di sollecitazioni e corrosione media.
5. Guasto della guarnizione dovuto all'usura della superficie di tenuta
(1) Il grado di equilibrio β della tenuta meccanica influisce anche sull'usura della tenuta. In generale, il grado di equilibrio β=75% è appropriato. Quando β è inferiore a 75%, sebbene l'usura si riduca, le perdite aumentano e aumenta la possibilità di apertura della superficie di tenuta. Per le tenute meccaniche ad alto carico (alto valore PV), a causa dell'elevato calore di attrito della faccia terminale, β è generalmente compreso tra 65% e 70%. Per gli idrocarburi a bassa ebollizione, poiché la temperatura è più sensibile alla gassificazione del fluido, per ridurre l'influenza del calore di attrito, β è preferibilmente compreso tra 80% e 85%.
(2) La scarsa resistenza all'usura, l'elevato coefficiente di attrito e l'eccessiva pressione sulla superficie terminale (compresa la pressione della molla) della coppia di attrito riducono la durata della tenuta meccanica. Per i materiali comunemente utilizzati, l'ordine di resistenza all'usura è: carburo di silicio-grafite di carbonio, carburo-grafite di carbonio cementata, ceramica-grafite di carbonio, ceramica-grafite di carbonio spruzzata, ceramica-grafite di nitruro di silicio, acciaio ad alta velocità-grafite di carbonio e carburo-grafite di carbonio cementata con rivestimento.
(3) Nel caso di fluidi contenenti particelle solide, l'ingresso di particelle solide nella superficie di tenuta è la causa principale del fallimento della tenuta. Le particelle solide che entrano nella faccia terminale della coppia di attrito agiscono come abrasivi, causando una grave usura e il cedimento della tenuta. Uno spazio ragionevole tra la superficie di tenuta, l'equilibrio della tenuta meccanica e l'intermittenza del film liquido sulla superficie di tenuta sono le cause principali dell'apertura della superficie di tenuta e dell'ingresso di particelle solide.
6. Perdite di tenuta meccanica causate da errori di installazione, funzionamento o dall'apparecchiatura stessa.
(1) Perdita della tenuta meccanica causata da una cattiva installazione. Si manifesta principalmente nei seguenti aspetti:
1) La superficie di contatto degli anelli dinamici e statici è irregolare, e durante l'installazione si sono ammaccati o danneggiati;
2) Le guarnizioni ad anello dinamiche e statiche sono di dimensioni errate, danneggiate o non pressate a fondo;
3) Sulla superficie degli anelli dinamici e statici sono presenti oggetti estranei;
4) Le guarnizioni a V degli anelli dinamici e statici sono installate in direzione opposta, oppure i bordi sono invertiti durante l'installazione;
5) Si verificano perdite sul manicotto, la guarnizione non è installata o la forza di pressione è insufficiente;
6) La forza della molla non è uniforme, la singola molla non è verticale e le lunghezze delle molle multiple sono diverse;
7) L'estremità della cavità della tenuta non è sufficientemente verticale rispetto all'albero;
8) Ci sono punti di corrosione nella parte attiva della guarnizione sul manicotto.
(2) Le principali cause di perdita della tenuta meccanica durante il funzionamento dell'apparecchiatura sono:
1) Il movimento assiale della girante della pompa supera lo standard, l'albero vibra periodicamente, il funzionamento del processo è instabile e la pressione nella camera di tenuta cambia frequentemente, causando perdite periodiche della tenuta;
2) La coppia di frizione è danneggiata o deformata e non riesce a scorrere, causando perdite;
3) Scelta errata dei materiali degli anelli di tenuta, rigonfiamento e perdita di elasticità;
4) La molla grande non è nella direzione giusta;
5) La vibrazione dell'apparecchiatura è eccessiva durante il funzionamento;
6) Tra gli anelli dinamici e statici e il manicotto dell'albero si formano delle incrostazioni che causano la perdita di elasticità della molla e non riescono a compensare l'usura della superficie di tenuta;
7) L'anello di tenuta è incrinato, ecc.
(3) La pompa perde quando viene riavviata dopo essere stata ferma per un certo periodo di tempo. Ciò è dovuto principalmente alla solidificazione e alla cristallizzazione del fluido in prossimità della coppia di attrito, alla presenza di incrostazioni sulla coppia di attrito e alla corrosione e al blocco della molla, con conseguente perdita di elasticità.
7. Guasto della tenuta meccanica per effetto delle alte temperature
1. La cricca termica è un fenomeno comune di guasto delle pompe dell'olio ad alta temperatura, come le pompe per i residui di olio, le pompe per l'olio di riciclo e le pompe atmosferiche e per il fondo della torre del vuoto. Le cricche radiali compaiono sulla superficie dell'anello a causa dell'attrito secco, dell'interruzione improvvisa dell'acqua di raffreddamento, dell'ingresso di impurità nella superficie di tenuta e del vuoto.
2. La carbonizzazione della grafite è una delle ragioni principali del fallimento della tenuta quando si utilizzano anelli in grafite e carbonio. Durante l'uso, se l'anello di grafite supera la temperatura consentita (generalmente -105 ~ 250 °C), la resina precipita sulla sua superficie e la resina vicino alla superficie di attrito si carbonizza. In presenza di un legante, questo schiumerà e si ammorbidirà, aumentando la perdita della superficie di tenuta e causando il fallimento della tenuta;
3. Le guarnizioni ausiliarie (come la gomma fluorurata, l'EPDM e la gomma integrale) invecchiano, si incrinano, si induriscono e perdono rapidamente elasticità dopo aver superato la temperatura consentita. La grafite flessibile attualmente utilizzata ha una buona resistenza alle alte temperature e alla corrosione, ma la sua resilienza è scarsa. Inoltre, si incrina facilmente e si danneggia facilmente durante l'installazione.