Причины выхода из строя и повреждения торцевых уплотнений центробежных насосов
Nov 14, 2025
В структуре центробежный насос, торцевое уплотнение является ключевым компонентом, напрямую связанным со стабильной работой и сроком службы оборудования. Основная функция торцевого уплотнения - предотвращение утечки жидкости из насоса, обеспечение его нормальной работы и эффективности работы. Однако на практике торцевое уплотнение центробежных насосов часто подвергается влиянию таких факторов, как условия эксплуатации, характеристики среды и эксплуатационное обслуживание, что приводит к отказам. Это приводит к повреждению уплотнения, утечкам насоса и даже остановке оборудования, что отрицательно влияет на безопасность производства и защиту окружающей среды. Выход из строя торцевого уплотнения центробежного насоса не только влияет на производительность и безопасность оборудования, но и приводит к высоким затратам на техническое обслуживание, увеличивая производственные расходы нефтедобывающих предприятий. Поэтому исследование причин и механизмов повреждения торцевых уплотнений центробежных насосов, а затем предложение эффективных мер по их предотвращению и улучшению имеет большое значение для снижения интенсивности отказов торцевых уплотнений и продления их срока службы. Аньхой Шэнши Датанг даст вам общее представление.
1. Анализ принципа работы центробежного насоса
Работа центробежного насоса основана на уравнении Бернулли в гидродинамике, которое гласит, что в замкнутой системе энергия жидкости состоит из кинетической энергии, потенциальной энергии и энергии давления, и эти три формы энергии преобразуются в насосе. Основными компонентами центробежного насоса являются рабочее колесо и корпус насоса. Когда электродвигатель приводит вал насоса во вращение, рабочее колесо вращается с высокой скоростью, заставляя жидкость внутри насоса также совершать вращательное движение. Под действием центробежной силы жидкость отбрасывается от центра рабочего колеса к его периферии, приобретая как кинетическую энергию, так и энергию давления. Это изменение кинетической энергии и энергии давления приводит к вытеканию жидкости через выходное отверстие корпуса насоса. Давление в центре рабочего колеса понижается, образуя область низкого давления, и жидкость непрерывно всасывается в насос под атмосферным давлением, тем самым обеспечивая непрерывный процесс транспортировки жидкости. Работу центробежного насоса можно разделить на три этапа: всасывание жидкости, ускорение и нагнетание. На стадии всасывания, благодаря зоне низкого давления, образующейся в центре рабочего колеса, внешняя жидкость поступает в насос под атмосферным давлением. На стадии ускорения жидкость под действием центробежной силы, действующей через рабочее колесо, ускоряется по направлению к корпусу насоса. На стадии нагнетания высокоскоростная жидкость постепенно замедляется в диффузоре или улитке, преобразуя кинетическую энергию в энергию давления перед выходом из насоса.
Основные компоненты центробежного насоса включают рабочее колесо, корпус насоса, вал насоса, торцевое уплотнение и подшипники. Рабочее колесо, изготовленное из таких материалов, как чугун, нержавеющая сталь или пластик, является основным компонентом. Его конструкция напрямую определяет производительность и напор насоса. Такие параметры, как форма и размер рабочего колеса, количество и угол наклона лопастей, существенно влияют на расход жидкости и эффективность преобразования давления. Корпус насоса, обычно имеющий форму улитки, содержит жидкость. Его основные функции — сбор жидкости, выходящей из рабочего колеса, и направление её к выпускному отверстию. Корпус также способствует преобразованию энергии, постепенно преобразуя кинетическую энергию жидкости в энергию давления посредством диффузии, тем самым увеличивая напор насоса. Вал насоса, приводимый в движение двигателем и соединённый с рабочим колесом, передаёт механическую энергию от двигателя к рабочему колесу, заставляя его вращаться. Вал насоса должен обладать высокой прочностью и жёсткостью, чтобы выдерживать центробежные силы и силы реакции жидкости на рабочем колесе. Торцевое уплотнение предотвращает утечку жидкости в месте соприкосновения вала насоса и корпуса. Его производительность напрямую влияет на эффективность и безопасность насоса. Подшипники поддерживают и фиксируют вал насоса, снижая трение и вибрацию при вращении, обеспечивая стабильную работу насоса.
2. Причины протечки Центробежный насос Механические уплотнения
(1) Утечка при пробном запуске. Точность установки торцевого уплотнения напрямую влияет на эффективность его уплотнения. Если торцевые поверхности не совмещены точно во время установки или зазор между ними установлен неправильно, во время пробной эксплуатации может возникнуть утечка. Неподвижные и вращающиеся кольца должны быть плоскими и совмещенными во время установки. Несоблюдение этого стандарта может привести к плохому контакту между торцевыми поверхностями, образованию зазоров и утечке рабочей среды. Аналогично, неправильная затяжка в соответствии с проектными требованиями или вибрация во время установки могут привести к перекосу уплотнительных колец, что повреждает уплотнение. Во время пробной эксплуатации торцевые поверхности могут быть не полностью приработаны. В условиях высокой скорости работы и трения износ торцевых поверхностей может привести к утечке. Этот износ часто встречается, если торцевые поверхности не прошли предварительную обработку или приработку, поскольку исходная высокая шероховатость поверхности увеличивает тепловыделение при трении, что усиливает износ. Износ торцевых поверхностей снижает плотность контакта уплотнительных поверхностей, что приводит к утечке. Кроме того, слишком быстрое повышение температуры во время пробных пусков может привести к неравномерному тепловому расширению торцевых поверхностей, ускоряя износ. Вибрация, возникающая во время работы насоса из-за износа подшипников, дисбаланса или других механических проблем, может повлиять на механическое уплотнение, чувствительное к вибрации. Вибрация приводит к неравномерному распределению давления между поверхностями уплотнения, что может привести к перекосу вращающихся и неподвижных колец, выходу уплотнения из строя и утечкам. Чрезмерное осевое перемещение вала или радиальное биение, превышающее допустимые нормы, особенно во время пробных пусков, могут негативно повлиять на стабильность работы компонентов уплотнения.
(2) Статическое испытание на утечку. В торцевых уплотнениях вспомогательные уплотнительные элементы обычно изготавливаются из таких материалов, как резина или ПТФЭ. Эластичность и коррозионная стойкость этих материалов существенно влияют на эффективность уплотнения. Неправильный выбор материала для вспомогательных уплотнений может привести к утечке при статическом испытании под давлением. Если материал уплотнения не обладает коррозионной стойкостью или термостойкостью, он может деформироваться под давлением или температурой статического испытания, не обеспечивая эффективного уплотнения. Кроме того, старение, затвердевание или потеря эластичности вследствие перепадов температуры могут препятствовать плотному прилеганию уплотнительных поверхностей, что приводит к утечке. Во время статических испытаний давление в камере уплотнения не должно значительно колебаться. В противном случае неравномерное давление на поверхности уплотнения может привести к утечке. Статические испытания обычно проводятся при давлении, немного превышающем рабочее, для проверки целостности уплотнения. Однако, если давление слишком высокое или приложено неравномерно, компоненты уплотнения могут быть повреждены, что нарушит контакт между неподвижным и вращающимся кольцами и приведет к утечке. Особенно во время статических испытаний, если температура жидкости высокая, тепловое расширение в камере уплотнения может вызвать колебания давления, что приведет к ненадлежащему уплотнению. Уплотнительные поверхности, часто изготовленные из износостойких и высокопрочных материалов, таких как карбид кремния или керамика, имеют решающее значение. При чрезмерном давлении во время монтажа или статических испытаний может возникнуть незначительная деформация, влияющая на способность поверхностей плотно прилегать друг к другу.
(3) Эксплуатационная утечка. Условия эксплуатации центробежного насоса могут меняться в зависимости от его рабочего состояния. Изменения температуры, давления или расхода жидкости могут влиять на эффективность уплотнения. Когда рабочие условия превышают расчетные пределы уплотнения, например, при чрезмерно высокой температуре или давлении, свойства материалов компонентов уплотнения могут ухудшаться, что приводит к отказу уплотнения. Утечки особенно вероятны при неустановившихся колебаниях расхода или при сильно меняющихся нагрузках. Для эффективной смазки и охлаждения торцевых уплотнений часто требуется наличие уплотняющей жидкости. Недостаточный расход уплотняющей жидкости или чрезмерно высокая температура могут привести к её испарению, что снижает эффективность уплотнения. Кроме того, примеси или загрязняющие вещества из уплотняющей жидкости могут попасть в камеру уплотнения, ухудшая смазку между поверхностями уплотнения, ускоряя износ и вызывая утечки. Выбор материала и конструкция торцевого уплотнения напрямую влияют на его эффективность. Если материал уплотнения не обладает достаточной коррозионной стойкостью, он может корродировать под воздействием перекачиваемой жидкости, что приводит к снижению эффективности уплотнения. Аналогичным образом, ненадлежащая конструкция может привести к неравномерному распределению усилия на поверхностях уплотнения или проблемам, связанным с тепловым расширением, что может привести к выходу уплотнения из строя. Поэтому правильный выбор материала и надежная конструкция являются решающими факторами для обеспечения стабильности работы торцевого уплотнения при нормальной эксплуатации.
(4) Качество охлаждающей воды.Роль охлаждающей воды заключается в обеспечении температурного режима торцевого уплотнения, предотвращая его разрушение из-за высоких температур. Несоответствие качества охлаждающей воды стандартам может привести к протечкам через торцевое уплотнение. Если охлаждающая вода содержит примеси, твердые частицы, масляные загрязнения или другие загрязняющие вещества, это может негативно повлиять на рабочую среду торцевого уплотнения. Эти примеси могут попасть в камеру уплотнения, вызывая износ неподвижных и вращающихся колец, снижая гладкость поверхностей уплотнения и, таким образом, приводя к протечкам. Кроме того, наличие загрязняющих веществ может препятствовать потоку охлаждающей воды, препятствуя эффективному отводу тепла, выделяемого на поверхностях уплотнения, что еще больше усиливает износ и повышение температуры. Химический состав охлаждающей воды также может влиять на материалы торцевого уплотнения. Охлаждающая вода с высокой концентрацией коррозионных веществ может ускорить коррозию материалов уплотнения, сокращая их срок службы. Если материалы, используемые в торцевом уплотнении, не обладают коррозионной стойкостью, длительное воздействие такой охлаждающей воды может привести к образованию трещин, питтингов или сколов на поверхностях уплотнения, что в конечном итоге приведет к протечкам. Температура охлаждающей воды критически важна для работы торцевого уплотнения. Слишком высокая температура охлаждающей воды может привести к размягчению или старению материалов уплотнения, что снижает их эластичность и эффективность уплотнения. С повышением температуры компоненты уплотнения могут не обеспечивать требуемую плотность прилегания, что приводит к утечкам.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ