As bombas centrífugas são basicamente vedadas por selos mecânicos, enquanto as bombas magnéticas são vedadas por mangas de isolamento de vedação estática. Existem muitos tipos de vedantes mecânicos para bombas centrífugas e os modelos variam, mas há cinco pontos de fuga principais: o vedante entre a manga e o eixo; o vedante entre o anel dinâmico e a manga; o vedante entre os anéis dinâmico e estático; o vedante entre o anel estático e a sede do anel estático; o vedante entre a tampa da extremidade de vedação e o corpo da bomba. É muito problemático que o vedante da bomba falhe e tenha fugas. Quer se trate de uma bomba centrífuga ou de uma bomba magnética, a fuga de líquido é um fator importante que causa acidentes na produção. Segue-se uma análise e uma solução para o problema das fugas causadas pela falha do vedante.
1. Fugas durante o ensaio
Depois de a vedação mecânica da bomba ter sido testada estaticamente, a força centrífuga gerada pela rotação a alta velocidade durante o funcionamento suprimirá a fuga do meio. Por conseguinte, depois de excluir a falha dos vedantes do veio e da tampa da extremidade, a fuga do vedante mecânico durante o ensaio é basicamente causada pelos danos dos pares de fricção dinâmica e estática do anel.
Os principais factores que causam a falha da vedação do par de fricção são
(1) Durante o funcionamento, devido a fenómenos anormais como a aspiração e a cavitação, é causada uma grande força axial, provocando a separação da superfície de contacto dos anéis dinâmico e estático;
(2) Ao instalar o vedante mecânico, a quantidade de compressão é demasiado grande, resultando em desgaste grave e riscos na superfície da extremidade do par de fricção;
(3) A vedação do anel dinâmico está demasiado apertada e a mola não consegue ajustar a quantidade de flutuação axial do anel dinâmico;
(4) A vedação do anel estático está demasiado solta. Quando o anel dinâmico flutua axialmente, o anel estático é separado da sede do anel estático;
(5) Existem substâncias granulares no meio de trabalho, que entram no par de fricção durante o funcionamento. Detetar as faces dinâmicas e estáticas da extremidade do anel de vedação;
(6) A seleção do desenho está errada, a pressão da face final do vedante é demasiado baixa ou o material de vedação tem uma grande retração a frio. O fenómeno acima descrito ocorre frequentemente durante a operação de ensaio. Por vezes, pode ser eliminado ajustando corretamente a sede do anel estático, mas a maior parte deles tem de ser desmontada e substituída.
2. Fugas durante o ensaio estático de instalação
Depois de o vedante mecânico ser instalado e depurado, é geralmente necessário efetuar um teste estático para observar a fuga. Se a fuga for pequena, trata-se sobretudo de um problema com o anel dinâmico ou o anel de vedação estático; se a fuga for grande, indica que existe um problema entre os pares de fricção do anel dinâmico e estático. Com base na observação preliminar da fuga e no julgamento da localização da fuga, rode manualmente a roda para observar. Se não houver uma alteração óbvia na fuga, existe um problema com os anéis de vedação estáticos e dinâmicos; se houver uma alteração significativa na fuga durante a viragem, pode determinar-se que existe um problema com os pares de anéis de fricção dinâmicos e estáticos; se o meio de fuga for pulverizado ao longo da direção axial, existem sobretudo problemas com o anel de vedação dinâmico, e se o meio de fuga for pulverizado a toda a volta ou vazar do orifício de arrefecimento da água, é sobretudo o anel de vedação estático que falha. Além disso, os canais de fuga também podem existir ao mesmo tempo, mas geralmente existe uma distinção entre primário e secundário. Desde que se observe cuidadosamente e se esteja familiarizado com a estrutura, será possível fazer uma avaliação correta.
3. Falha causada pela perda de película lubrificante em ambas as faces da extremidade de vedação
(1) Devido à existência da carga de vedação da face final, a bomba é iniciada quando não há líquido na câmara de vedação, causando fricção seca;
(2) O meio é inferior à pressão de vapor saturado, fazendo com que a película de líquido da face final pisque e perca a lubrificação;
(3) Se o fluido for um produto volátil, quando ocorre uma incrustação ou bloqueio no sistema de arrefecimento do vedante mecânico, a pressão de vapor saturada do fluido aumenta devido à fricção da extremidade e ao calor gerado pelo elemento rotativo que agita o líquido, o que também faz com que a pressão do fluido seja inferior à sua pressão de vapor saturada.
4. Falha do selo mecânico causada por corrosão
(1) Picaduras e penetração uniforme da superfície de vedação.
(2) Devido à soldadura do anel de carboneto de tungsténio e da sede de aço inoxidável, a sede de aço inoxidável é propensa à corrosão intergranular durante a utilização;
(3) Os foles metálicos soldados, as molas, etc., são susceptíveis de se romperem sob a ação combinada da tensão e da corrosão média.
5. Falha da vedação devido ao desgaste da face da extremidade da vedação
(1) O grau de equilíbrio β da vedação mecânica também afecta o desgaste da vedação. Em geral, o grau de equilíbrio β=75% é adequado. Quando β<75%, embora o desgaste seja reduzido, a fuga aumenta e a possibilidade de abertura da superfície do vedante aumenta. Para selos mecânicos de carga elevada (valor PV elevado), devido ao grande calor de fricção da face final, β é geralmente 65% a 70%. Para meios de hidrocarbonetos com baixo ponto de ebulição, uma vez que a temperatura é mais sensível à gaseificação do meio, para reduzir a influência do calor de fricção, β é preferencialmente 80% a 85%.
(2) A fraca resistência ao desgaste, o grande coeficiente de atrito e a pressão excessiva na superfície da extremidade (incluindo a pressão da mola) do par de atrito encurtarão a vida útil do vedante mecânico. Relativamente aos materiais habitualmente utilizados, a ordem de resistência ao desgaste é a seguinte: carboneto de silício-carbono grafite, carboneto cimentado-carbono grafite, cerâmica-carbono grafite, cerâmica-carbono grafite pulverizada, nitreto de silício-carbono grafite, aço rápido-carbono grafite e carboneto cimentado-carbono grafite.
(3) Nos meios que contêm partículas sólidas, a entrada de partículas sólidas na superfície de vedação é a principal causa de falha da vedação. As partículas sólidas que entram na face final do par de fricção actuam como abrasivos, provocando um desgaste acentuado e a falha do vedante. Uma folga razoável entre a superfície de vedação, o equilíbrio do vedante mecânico e a intermitência da película de líquido na face final da vedação são as principais razões para a abertura da face final e a entrada de partículas sólidas.
6. Fuga do selo mecânico causada por erros de instalação, de funcionamento ou do próprio equipamento
(1) Fuga do selo mecânico causada por uma má instalação. Manifesta-se principalmente nos seguintes aspectos:
1) A superfície de contacto dos anéis dinâmicos e estáticos é irregular e estes ficam feridos ou danificados durante a instalação;
2) Os anéis de vedação dinâmicos e estáticos são de tamanho incorreto, estão danificados ou não estão bem apertados;
3) Existem objectos estranhos na superfície dos anéis dinâmicos e estáticos;
4) As vedações em forma de V dos anéis dinâmicos e estáticos são instaladas na direção oposta, ou os bordos são invertidos durante a instalação;
5) Existe uma fuga na manga, o vedante não está instalado ou a força de pressão é insuficiente;
6) A força da mola é desigual, a mola única não é vertical e os comprimentos de várias molas são diferentes;
7) A face final da cavidade do vedante não está suficientemente vertical em relação ao veio;
8) Existem pontos de corrosão na parte ativa da junta na manga.
(2) As principais razões para a ocorrência de fugas nos selos mecânicos durante o funcionamento do equipamento são as seguintes
1) O movimento axial do impulsor da bomba excede o padrão, o eixo vibra periodicamente, o funcionamento do processo é instável e a pressão na câmara de vedação muda frequentemente, o que causará fugas periódicas do vedante;
2) O par de fricção está danificado ou deformado e não pode entrar, causando fugas;
3) Seleção inadequada dos materiais dos anéis de vedação, inchaço e perda de elasticidade;
4) A mola grande não está na direção certa;
5) A vibração do equipamento é demasiado grande durante o funcionamento;
6) Formam-se incrustações entre os anéis dinâmicos e estáticos e a manga do veio, fazendo com que a mola perca a sua elasticidade e não consiga compensar o desgaste da superfície de vedação;
7) O anel de vedação está rachado, etc.
(3) A bomba apresenta fugas quando é reiniciada depois de ter estado parada durante um período de tempo. Isto deve-se principalmente à solidificação e cristalização do meio perto do par de fricção, à presença de incrustações no par de fricção e à corrosão e bloqueio da mola, resultando na perda de elasticidade.
7. Falha do selo mecânico devido ao efeito da temperatura elevada
1. A fissuração térmica é um fenómeno de falha comum das bombas de óleo de alta temperatura, tais como bombas de resíduos de óleo, bombas de óleo de reciclagem e bombas de fundo de torres de vácuo e atmosféricas. As fissuras radiais aparecem na superfície do anel devido a fricção seca, interrupção súbita da água de arrefecimento, entrada de impurezas na superfície de vedação e aspiração.
2. A carbonização da grafite é uma das principais razões para a falha da vedação quando se utilizam anéis de carbono-grafite. Durante a utilização, se o anel de grafite exceder a temperatura permitida (geralmente -105 ~ 250 ° C), a resina precipitará na sua superfície e a resina perto da superfície de fricção será carbonizada. Quando existe um aglutinante, este irá espumar e amolecer, aumentando a fuga da superfície de vedação e provocando a falha da vedação;
3. Os vedantes auxiliares (como a borracha fluorada, o EPDM e a borracha pura) envelhecem, fissuram, endurecem e perdem rapidamente a elasticidade depois de ultrapassada a temperatura admissível. A grafite flexível atualmente utilizada tem boa resistência a altas temperaturas e à corrosão, mas a sua resiliência é fraca. Também é fácil de fissurar e danifica-se facilmente durante a instalação.