Рабочие характеристики водяного насоса требуют, чтобы механическое уплотнение имело высокую точность и надежность, а его герметичность играет жизненно важную роль в эксплуатации и увеличении срока службы агрегата. В данной статье рассматриваются состав и принцип работы механического уплотнения, анализируются явления утечки и их причины, а также предлагаются эффективные меры по предотвращению утечек на основе практического опыта. Цель состоит в том, чтобы уменьшить человеческие ошибки в проектировании или эксплуатации, обеспечить долгосрочную и надежную работу механического уплотнения и гарантировать безопасность работы насосного агрегата.

1. Явления утечки воды из механического уплотнения водяного насоса и их анализ причин

1.1 Состав и принцип работы механического уплотнения водяного насоса

При перекачивании горячей и под давлением воды насосы часто выбирают механическое уплотнение для предотвращения утечек, при этом механические аварии, вызванные утечками, составляют около 50% от общего объема ремонтов насосов. Это подчеркивает жизненно важную роль надежности механического уплотнения в эксплуатации и увеличении срока службы насосов. Механическое уплотнение обычно состоит из вращающегося кольца, неподвижного кольца, уплотнительного кольца или прокладки, а также вспомогательных элементов и эластичных компенсирующих элементов. Принцип работы заключается в том, что пара плоских поверхностей, перпендикулярных оси вращения, плотно соприкасается друг с другом и вращается относительно друг друга, поддерживая между ними очень тонкую жидкую пленку. В сочетании с вспомогательной герметизацией давление потока среды и компенсирующая механическая сила поддерживают плотное прилегание для достижения герметичности.

1.2 Анализ явлений утечки воды и их причин

1.2.1 Явления утечки воды, вызванные проектированием

Рациональное проектирование является основой для реализации функций механического уплотнения, однако оптимизация общего проектирования насосов, выбор комплектующих и материалов компонентов непосредственно влияют на герметичность насосов. Например, магнитный сепаратор в насосе не только имеет недостатки в виде невозможности отделения не металлических частиц, большого объема и трудности в обслуживании, но также может из-за магнитного притяжения металлических веществ в воде вызывать трение этих веществ с вращающимся или неподвижным кольцом из неметаллического материала, что приводит к износу компонентов. Изношенные неметаллические вещества не могут быть отфильтрованы и попадают в систему, что усугубляет износ; длительная работа неизбежно приведет к снижению герметичности.

1.2.2 Явления утечки воды, вызванные установкой

Неправильная установка также может привести к повреждению герметизации.

Например, если внутренний шестигранный винт, который выполняет осевую позицию в механическом уплотнении, установлен недостаточно плотно, это может привести к осевому смещению герметизации. Когда смещение становится слишком большим и пружина не может прижать неподвижное кольцо к вращающемуся кольцу, это приведет к утечке; если торцевая поверхность кольца уплотнения и поверхность крышки неподвижного кольца недостаточно гладкие, это может повредить вращающееся и неподвижное кольцо при установке; также важно учитывать степень сжатия пружины механического уплотнения: если ошибка превышает ±2 мм, это может привести к увеличению давления на торцевую поверхность и теплового трения из-за чрезмерного сжатия или недостаточного сжатия неподвижного кольца.

1. Установка слишком тугая

Если наблюдать за плоскостью подвижного и неподвижного колец механического уплотнения и увидеть серьезные обожженные следы или глубокие черные пятна на поверхности, а резина герметика стала жесткой или потеряла эластичность — это все следствия слишком тугой установки.

Способы решения: отрегулировать высоту установки; после установки рабочего колеса использовать отвертку для проверки пружины: пружина должна иметь сильное натяжение и возвращаться в исходное положение после отпускания; допустимое перемещение составляет 2-4 мм.

2. Установка слишком свободная

Если наблюдать за плоскостью подвижного и неподвижного колец механического уплотнения и увидеть тонкий слой накипи (который можно стереть), а поверхность практически без износа — это следствие потери эластичности пружины или плохой сборки или смещения оси двигателя.

1.2.3 Явления утечки воды на этапе производства

Например, это может быть вызвано несоответствием размеров отверстий в статическом кольце крышки насоса; если размеры отверстий обработаны с большой ошибкой или поверхность шершавая — это проявляется в виде струй воды по оси; между статическим кольцом и внутренним отверстием существует зазор или внутреннее отверстие шероховатое — статическое кольцо вращается, резина изнашивается.

1.2.4 Явления утечки воды на этапе эксплуатации

(1) Утечка из-за давления. При использовании давление в герметичной камере >3 МПа может привести к чрезмерному давлению на торцевую поверхность; жидкая пленка трудно образуется; торцевая поверхность сильно изнашивается; выделяется много тепла, что приводит к тепловой деформации герметичной поверхности. Во время запуска или остановки насоса из-за засорения входа насоса или наличия газа в перекачиваемой среде может возникнуть отрицательное давление в герметичной камере, что приведет к сухому трению на торцевой поверхности; встроенное механическое уплотнение может вызвать утечку воды.

(2) Проблемы со средой. Во-первых, поскольку такие вспомогательные элементы как уплотнительные кольца часто изготовлены из органических материалов с низкой устойчивостью к кислотам и щелочам при высоких температурах; при длительном использовании среды с слабыми кислотами или щелочами они могут потерять эластичность или даже сгнить; если в среде присутствуют твердые частицы — это также может повредить торцевую поверхность; кроме того на поверхности оси могут образовываться отложения накипи или масла. Кроме того, превышение температуры воды также является одной из основных причин снижения производительности механического уплотнения; поэтому при недостаточной охлаждающей способности теплообменника срок службы герметизации часто значительно сокращается.(Добро пожаловать: Бизнес по насосам)

(3) Усталостное повреждение вращающегося и неподвижного колец. Несоответствие оси водяного насоса или неправильная регулировка зазора подшипника могут вызвать вибрацию водяного насоса; вибрация приведет к трению между подвижными частями механического уплотнения; даже если пленка воды на контактной поверхности разрушается — это приводит к потере смазки пленкой воды.

(4) Отсутствие управления производством. Если агрегат работает не по регламенту эксплуатации: неправильный запуск/остановка или ошибки ручной операции могут вызвать колебания напряжения питания — это также может привести к утечкам герметизации.

(5) Работа без воды приводит к сухому износу. Это явление чаще всего наблюдается у установок с нижним клапаном при отрицательном давлении на входе: если в водопроводной трубе есть воздух или воздух попадает в камеру насоса — после запуска насоса трение между механизмом герметизации при высокой скорости вызывает высокую температуру без возможности охлаждения; проверка механизма герметизации показывает нормальное натяжение пружины; контактная поверхность обожжена и почернела; резина стала жесткой и треснула. Способы решения: удалить воздух из трубопровода и камеры насоса или заменить механическое уплотнение.

(6) Наличие газа возникает преимущественно у горячих водяных насосов. Поскольку среда является горячей водой при высокой температуре образуется пар; газ попадает в верхнюю часть камеры насоса — эта часть газа не может быть удалена — что приводит к работе без воды и выходу механического уплотнения из строя.

(7) Отказ механического уплотнения. Причины отказа механического уплотнения: старение и деформация резинотехнических изделий, в основном в тепловых насосах. Проявления отказа механического уплотнения: слишком высокая температура воды, растворение резины. Внешний вид резинотехнических изделий становится рыхлым и шероховатым, они теряют эластичность, что приводит к отказу резины.

2. Меры по предотвращению утечек механического уплотнения

2.1 Вопросы, на которые следует обратить внимание в процессе проектирования

Необходимо выбирать различные типы механических уплотнений в зависимости от рабочих характеристик различных насосов, тщательно анализируя материалы, срок службы и другие характеристики, а также предпочтительно выбирать все уплотнительные элементы с акцентом на их устойчивость к высоким температурам, коррозии, усталости и вибрации. Хотя между различными моделями механических уплотнений существуют значительные различия в проектировании, акцент всегда должен быть сделан на герметичности между вращающимся и неподвижным кольцами, между втулкой и вращающимся кольцом, между неподвижным кольцом и основанием кольца, между втулкой и валом, а также между крышкой уплотнения и корпусом насоса; особенно качество проектирования первых трех мест является ключевым для предотвращения утечек.

2.2 Вопросы, на которые следует обратить внимание в процессе эксплуатации

2.2.1 Меры по предотвращению утечек при установке

Необходимо реально повысить осведомленность о качестве установки и строго соблюдать стандарты и процедуры установки и обслуживания. Например, что касается натяжения уплотнительного кольца: слишком свободное вращающееся кольцо повлияет на эффективность герметизации, но слишком тугое также может усугубить износ между ним и втулкой и привести к усталости и деформации вращающего кольца; хотя неподвижное кольцо обычно более тугое, слишком сильное натяжение также может привести к деформации или хрупкости, поэтому необходимо измерять и регулировать в соответствии с инструкцией по установке, чтобы гарантировать соответствие требованиям сжатия.

2.2.2 Профилактика и обработка утечек механического уплотнения в процессе эксплуатации

Регулярная проверка трубопроводной системы механического уплотнения и его использование являются гарантией нормальной работы механического уплотнения; поэтому ответственность за управление оборудованием должна быть возложена на конкретных людей, необходимо разработать строгую систему обслуживания и ремонта и обеспечить ее выполнение. Проверяйте все клапаны, связанные с работой механического уплотнения, чтобы гарантировать исправность приборов безопасности; проверяйте самопоток воды механического уплотнения, корпус насоса, трубопровод воды механического уплотнения, теплообменник и охлаждающую воду для механического уплотнения на предмет свободного потока без аномальных изменений температуры; при обнаружении проблем своевременно выясняйте причины и целенаправленно решайте их.

Засорение магнитного фильтра представляет собой серьезную угрозу для нормальной работы механического уплотнения; поэтому необходимо регулярно проверять и очищать его, а при обнаружении повреждений компонентов своевременно заменять их; следует поддерживать работу одного магнитного фильтра для воды механического уплотнения в рабочем состоянии, а другой - в резерве, периодически переключая их использование для обеспечения нормального рабочего состояния. После завершения регулярной очистки необходимо после заполнения водой и удаления воздуха вернуть магнитный фильтр в резервное состояние. Выходной трубопровод системы воды механического уплотнения должен быть установлен выше выходного трубопровода теплообменника; перед нормальной работой необходимо полностью удалить воздух из камеры воды механического уплотнения и трубопроводов; также можно производить отвод воздуха при низкой скорости вращения, но следует следить за тем, чтобы не открывать клапан полностью. Если отвод воздуха не будет полным, это приведет к отсутствию смазочной жидкости между парами трения уплотнений, что вызовет сухое трение и тепловые трещины вращающего кольца, что серьезно повлияет на безопасность нормальной работы механического уплотнения. Кроме того, что касается проблем с давлением во время эксплуатации, помимо строгого соблюдения установленного значения сжатия пружины при установке, также следует принимать специальные меры при высоком давлении. Для обеспечения разумного распределения нагрузки на торцевую поверхность и уменьшения деформации можно использовать материалы с высокой прочностью на сжатие, такие как твердые сплавы или керамика, а также усилить меры по охлаждению смазки. Для утечек механического уплотнения при работе в вакууме следует использовать двойные торцевые механические уплотнения для улучшения условий смазки и повышения герметичности.

3. Заключение

Таким образом, рабочие характеристики насосов требуют от механических уплотнений высокой точности и надежности; существуют строгие технологические требования ко всем этапам их проектирования, обработки, установки и эксплуатации. При использовании механических уплотнений необходимо не только строго соблюдать технологические стандарты, но также стремиться улучшить условия их работы, разумно выбирать различные комплектующие детали и разрабатывать и внедрять соответствующие системы обслуживания и ухода для снижения человеческих ошибок в проектировании или эксплуатации проблемах; это обеспечит долгосрочную надежность работы механических уплотнений и безопасность работы насосных агрегатов.