遠心ポンプは基本的にメカニカルシールでシールされ、マグネットポンプは静的シール隔離スリーブでシールされます。遠心ポンプのメカニカルシールには多くの種類があり、機種も様々ですが、主な漏れ箇所は、スリーブと軸のシール、動リングとスリーブのシール、動リングと静リングのシール、静リングと静リングシートのシール、シールエンドカバーとポンプ本体のシールの5つです。ポンプシールの故障や漏れは非常に厄介です。遠心ポンプであれ、マグネットポンプであれ、液漏れは生産事故を引き起こす重要な要因である。以下は、シール不良による液漏れ問題の分析と解決策である。

 

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1.試験運転中の漏れ

ポンプメカニカルシールの静的試験後は、運転中の高速回転により発生する遠心力により媒体の漏れが抑制される。従って、シャフトシールとエンドカバーシールの故障を除けば、試験運転中のメカニカルシールの漏れは、基本的に動・静リング摩擦対の損傷に起因する。

フリクションペアシールの故障を引き起こす主な要因は以下の通りである:

(1) 運転中、バキュームやキャビテーションなどの異常現象により、大きな軸力が発生し、動静リングの接触面が離れる;
(2)メカニカルシールを取り付ける際、圧縮量が大きすぎるため、摩擦対の端面に深刻な摩耗や傷が発生する;
(3)ダイナミックリングのシールがきつく、スプリングがダイナミックリングの軸方向の浮き量を調整できない;

(4) 静的リングシールが緩すぎる。動リングが軸方向に浮くと静リングが静リングシートから離れる;
(5)作動媒体の中に粒状物質があり、作動中に摩擦対に入る。動的および静的リングシール端面を検出します;
(6)設計の選択が間違っている、シール端面圧力が低すぎる、またはシール材の冷間収縮が大きい。上記のような現象は、試運転中によく起こります。スタティックリングシートを適切に調整することで解消できる場合もありますが、ほとんどは分解して交換する必要があります。

2.設置静的試験中の漏れ

メカニカルシールを取り付けてデバッグした後、一般に静的試験を実施して漏れを観察する必要がある。漏れが小さい場合は、ダイナミックリングまたはスタティックリングシールに問題があることがほとんどで、漏れが大きい場合は、ダイナミックリングとスタティックリングの摩擦ペア間に問題があることを示しています。漏れの予備観察と漏れ位置の判断に基づき、手動でホイールを回して観察する。リークに明らかな変化がなければ、静的リングシールと動的リングシールに問題がある。回転中にリークに大きな変化があれば、動的リング摩擦ペアと静的リング摩擦ペアに問題があると判断できる。リーク媒体が軸方向に沿って噴射される場合は、ほとんどが動的リングシールに問題があり、リーク媒体が全周に噴射されるか、水冷孔から漏れる場合は、ほとんどが静的リングシールの故障である。また、リーク流路が同時に存在することもありますが、一般的には一次と二次の区別があります。よく観察し、構造を熟知していれば、正しい判断ができるはずだ。

3.両シール端面の潤滑膜の消失による故障。

(1) 端面シール荷重の存在により、シール室内に液体がないときにポンプが始動し、ドライフリクションが発生する;

(2) 媒体が飽和蒸気圧より低いため、端面の液膜がフラッシュし、潤滑が失われる;

(3)媒体が揮発性製品の場合、メカニカルシールの冷却系にスケールや閉塞が発生すると、端面摩擦や回転体が液体を攪拌する際の発熱により媒体の飽和蒸気圧が上昇し、媒体の圧力も飽和蒸気圧より低くなる。

4.腐食によるメカニカルシールの故障

(1) シール面に孔が開き、さらに貫通する。
(2) タングステンカーバイトリングとステンレスシートが溶接されているため、使用中にステンレスシートが粒界腐食しやすい;
(3) 溶接金属ベローズ、スプリングなどは、応力と中程度の腐食の複合作用で破裂しやすい。

5.シール端面の摩耗によるシール不良

(1) メカニカルシールのバランス度βもシールの摩耗に影響します。一般にバランス度β=75%が適当である。β<75%の場合、摩耗は少なくなりますが、漏れが多くなり、シール面が開く可能性が高くなります。高負荷(高PV値)メカニカルシールの場合、端面の摩擦熱が大きいため、βは65%~70%が一般的です。低沸点炭化水素系媒体では、温度が媒体のガス化に敏感なため、摩擦熱の影響を少なくするため、βは80%~85%が好ましい。

(2)耐摩耗性が悪く、摩擦係数が大きく、摩擦ペアの端面圧(バネ圧を含む)が大きすぎると、メカニカルシールの寿命が短くなる。一般に使用される材料では、耐摩耗性の高い順に、炭化ケイ素-黒鉛、超硬合金-黒鉛、セラミック-黒鉛、溶射セラミック-黒鉛、窒化ケイ素セラミック-黒鉛、高速度鋼-黒鉛、クラッド超硬合金-黒鉛となる。

(3) 固体粒子を含む媒体では、シール面への固体粒子の侵入がシール故障の主な原因である。摩擦対の端面に入り込んだ固体粒子は研磨材として作用し、激しい摩耗とシールの破損を引き起こします。シール面の適度な隙間、メカニカルシールのバランス、シール端面の液膜のフラッシングが、端面の開口と固体粒子の侵入の主な原因である。

6.設置、操作または装置自体の誤りに起因するメカニカルシールの漏れ。

(1) 取り付け不良によるメカニカルシールの漏れ。主に次のような面で現れる:

1) 動的リングと静的リングの接触面に凹凸があり、取り付け時に傷ついたり破損したりする;

2) 動的および静的リングシールのサイズが不適切、損傷している、または強く押し付けられていない;

3) 動的リングと静的リングの表面に異物がある;

4) 動的リングと静的リングのV字型シールの取り付け方向が逆であるか、取り付け時にエッジが逆になっている;

5)スリーブからの漏れ、シールの未装着、押し付け力不足;

6) バネの力が不均等で、1本のバネが垂直でなく、複数のバネの長さが異なる;

7) シールキャビティの端面がシャフトに対して十分に垂直でない;

8) スリーブ上のシールの活性部分に腐食箇所がある。

(2) 機器の運転中にメカニカルシールが漏れる主な理由は以下の通りである:

1) ポンプインペラの軸方向運動が基準を超え、軸が周期的に振動し、プロセス運転が不安定になり、シール室の圧力が頻繁に変化し、シールの周期的な漏れが発生する;

2) 摩擦ペアが損傷または変形しているため、走行できず、漏れが生じている;

3) シールリング材料の不適切な選択、膨潤、弾性喪失;

4)大きなバネの向きが正しくない;

5) 運転中の装置の振動が大きすぎる;

6) 動静リングとシャフトスリーブの間にスケールが形成され、スプリングが弾性を失い、シール面の摩耗を補うことができなくなる;

7) シーリングリングに亀裂が入っているなど。

(3)ポンプを一定期間停止させた後、再始動させるとポンプが漏れる。これは主に、摩擦対近傍の媒体の固化・結晶化、摩擦対上のスケールの存在、スプリングの腐食・閉塞による弾力性の低下によるものです。

7.高温の影響によるメカニカルシールの故障

1.熱亀裂は、油残渣ポンプ、リサイクルオイルポンプ、大気・真空塔底ポンプなどの高温オイルポンプの一般的な故障現象である。乾燥摩擦、冷却水の急激な遮断、シール面への不純物の侵入、真空引きなどにより、リング表面に放射状のクラックが発生する。

2.黒鉛の炭化は、カーボングラファイトリングを使用した場合のシール不良の主な原因の一つである。使用中、黒鉛リングが許容温度(一般的に-105~250℃)を超えると、表面に樹脂が析出し、摩擦面付近の樹脂が炭化する。バインダーがあると発泡して軟化し、シール面の漏れが大きくなり、シール不良の原因となる;

3.補助シール(ふっ素ゴム、EPDM、オールゴムなど)は、許容温度を超えると老化、亀裂、硬化、弾性喪失が急速に進む。現在使用されている軟質グラファイトは、耐高温性と耐食性に優れているが、弾力性に乏しい。また、ひび割れしやすく、施工時に破損しやすい。