Анализ отказов торцевых уплотнений центробежных насосов: основные причины и предотвращение износа, термического растрескивания и разрушения углеродных графитовых колец

Первый шаг в анализе отказа — разобрать уплотнение и изучить рабочую поверхность. Режимы отказа углеродного графита оставляют характерные следы, которые указывают на коренную причину.

I. Износ: Материал Снимается, а Не Ломается

Износ проявляется чрезмерным износом рабочей поверхности и постепенным увеличением утечки. Два варианта:

Износ от сухого трения

1.Коренная причина: прерывание промывки, работа насоса вхолостую или испарение среды — жидкая пленка исчезает

2.Признак на поверхности: равномерно яркая, зеркально отполированная изношенная поверхность по всей площади

3.Профилактика: поддерживать работу схемы промывки; избегать длительной работы при низком расходе; использовать марки с сухим режимом работы (PTFE или пропитка сурьмой)

Износ от твердых частиц

1.Коренная причина: твердые частицы в среде, внедряющиеся или катящиеся между поверхностями

2.Признак на поверхности: окружные царапины и борозды

3.Профилактика: добавить фильтрацию промывки или гидроциклон; пара твердый/мягкий (графит против карбида кремния) лучше переносит твердые частицы, чем пара мягкий/мягкий

II. Термическое растрескивание: Радиальные трещины и тепловая деформация

Термическое растрескивание — это отказ от термических напряжений. Локальная температура поверхности резко меняется; горячая поверхность расширяется, в то время как внутренняя часть остается холоднее, и растягивающие напряжения превышают предел прочности материала на растяжение (примерно десятую часть от 150-300 МПа прочности на сжатие).

1.Причина 1: сухое трение или PV, превышающее предел — тепло трения не рассеивается

2.Причина 2: термический шок — холодная среда попадает на горячую поверхность, перепад более 100℃

3.Причина 3: плохой тепловой контакт, накопление тепла на поверхностях

4.Признак на поверхности: мелкие радиальные трещины, перпендикулярные вращению, звездчатой или гребенчатой формы

5.Профилактика: контролировать температуру камеры уплотнения (основная задача схем промывки API 682); выбирать марки с высокой теплопроводностью — углеродный графит 70-150 Вт/(м·К), чем выше теплопроводность, тем ниже термические напряжения; избегать циклов охлаждения горячих поверхностей

III. Разрушение: Откалывание кусков

Разрушение — это отказ от механических напряжений — кольцо раскалывается на части или откалываются сколы по краям.

1.Напряжения при установке: неравномерное затягивание шпилек фланца или слишком большой натяг вторичных уплотнений, концентрирующий нагрузку

2.Удары при сборке: прямое нанесение ударов по кольцу; графит не пластичен, напряжения снимаются трещинами

3.Плохая конструкция канавки под уплотнительное кольцо: недостаточная глубина канавки, вызывающая сжатие более 25%-30%, расклинивающая кольцо

4.Кавитация и вибрация: осевые удары и повторяющиеся столкновения поверхностей

5.Профилактика: затягивать шпильки диагонально и равномерно; собирать с использованием мягких инструментов, нагрева или прессования; проектировать канавки с нормативными коэффициентами сжатия; устранять источники кавитации в насосе

IV. Порядок поиска неисправностей

1.Сначала данные эксплуатации: температура, давление, история работы вхолостую, содержание твердых частиц

2.Затем признаки на поверхности: износ, трещины или сколы соответствуют трем классам отказа

3.Записи по установке: последовательность затяжки, сжатие уплотнения, осевой люфт

4.Материал в последнюю очередь: химическая совместимость, прочность и запасы по PV

По нашему опыту анализа отказов в Huahao Sealing, большинство случаев связаны с условиями эксплуатации и установкой, в то время как материал обычно исправен. Правильный выбор материала лишь исключает проблемы с материалом; инженерное управление условиями эксплуатации и установкой определяет реальный срок службы уплотнения.