Kiek žalos mechaniniams sandarikliams siurbliuose daro sausas veikimas?

Kodėl svarbūs sauso veikimo mechaniniai sandarikliai

Mechaniniai sandarikliaiveikia kaip pagrindinis apsauginis barjeras pramoninėje besisukančioje įrangoje, neleidžiantis pavojingiems, brangiems ar aplinkai kenksmingiems proceso skysčiams patekti į atmosferą. Kontaktiniai mechaniniai sandarikliai veikia mikroskopiniu skysčio sluoksniu tarp jų besisukančio ir nejudančio paviršių. Kai ši skysčio plėvelė išnyksta, sandariklis veikia sausai. Nors šiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama standartiniams kontaktiniams skysčio sandarikliams horizontaliuose, vienpakopiuose išcentriniuose siurbliuose, svarbu atkreipti dėmesį, kad vertikalūs siurbliai, mišraus srauto konstrukcijos ir metaliniai silfoniniai sandarikliai pasižymi skirtingomis sausojo veikimo savybėmis ir tolerancijomis. Inžineriniai sprendimai, tokie kaip sausųjų dujų sandarikliai, skaldyti sandarikliai arba specializuoti savaime tepantys paviršiai, taip pat pasižymi visiškai skirtingomis sausojo veikimo savybėmis.

Sistemos vientisumas labai priklauso nuo šios skysčio plėvelės, kuri užtikrina esminį hidrodinaminį tepimą ir lokalizuotą aušinimą. Be jos sandariklis patiria didelį tribologinį įtempį ir greitai susidėvi. Sausojo veikimo mechanikos, komercinio poveikio ir pagrindinių priežasčių supratimas padeda patikimumo inžinieriams optimizuoti vidutinį gedimų laiką (MTBF) ir sumažinti gyvavimo ciklo sąnaudas.

Sauso važiavimo komercinis poveikis

Finansinis sausojo veikimo poveikis gerokai viršija sandariklio keitimo kainą. Tiesioginės standartinio sandariklio remonto išlaidos.išcentrinio siurblio sandariklio gedimasPaprastai kaina svyruoja nuo 3 000 iki 10 000 USD, įskaitant darbą, atsargines dalis ir dezaktyvavimo protokolus. Tačiau ši suma labai skiriasi priklausomai nuo sandariklio dydžio, pramonės šakos, geografinio regiono ir to, ar siurblys yra standartinis ANSI, itin tvirtas API, ar pagal užsakymą pagamintas modelis.

Neplanuotos prastovos kainuoja gerokai daugiau. Pavyzdžiui, dėl kritinio katilo tiekimo siurblio gedimo dėl sausosios eigos elektrinė gali būti priversta sumažinti įrenginio galią, o tai lemia tūkstančius dolerių per valandą prarandamos gamybos. Katastrofiški gedimai taip pat kelia grėsmę aplinkosaugos baudoms, pavojingų medžiagų šalinimui ir antrinės įrangos sugadinimui, o tai dar labiau padidina vieno incidento kainą.

Sauso važiavimo apibrėžimas

Sausas veikimas įvyksta, kai tepimo skysčio plėvelė, paprastai vos 1–3 mikronų storio, visiškai išsisklaido nuo sandarinimo sąsajos, priversdama labai poliruotus paviršius tiesiogiai liestis su jais neteptais paviršiais.

Nors gamintojai konstruoja mechaninius sandariklius, kurie atlaikytų trumpalaikį ribinį tepimą paleidimo ir išjungimo metu, ilgalaikis sausas veikimas pažeidžia šiuos projektavimo apribojimus. Neturint skystos terpės, kuri išsklaidytų didžiulę besisukančio veleno sukuriamą trinties šilumą, sandariklis greitai sugenda dėl terminių ir mechaninių pažeidimų kaskados, išsamiai aprašytos tolesniuose skyriuose.

Dažnos siurblių sistemų priežastys

Daugumą sausosios eigos atvejų sukelia hidraulinės anomalijos ir eksploatavimo klaidos. Operatoriai dažnai sukelia sausąją eigą paleisdami siurblį tinkamai neišleidę oro iš korpuso, taip palikdami orą arba garus įdarinėje dėžėje. Siurblio veikimas uždarytu įsiurbimo vožtuvu taip pat visiškai pašalina skystį iš sandarinimo kameros.

Kiti dažni veiksniai yra nepakankamas grynasis teigiamas įsiurbimo slėgis (NPSHa), sukeliantis didelę kavitaciją, sūkuriavimas įsiurbimo bake arba siurblio veikimas per toli nuo geriausio efektyvumo taško (BEP).

Kas vyksta sandariklio viduje sauso važiavimo metu

Kai sandariklis praranda savo skysčio plėvelę, jis patenka į destruktyvų grįžtamąjį ryšį, kurį sukelia trintis, šiluma ir medžiagos deformacija. Kadangi sandarinimo paviršiai yra visiškai suplokštėti, tiesioginis kontaktas sukuria didžiules šlyties jėgas. Susidariusi šiluminė energija spinduliuoja į išorę, pažeisdama antrinius apsauginius komponentus ir pavaros mechanizmus.

Tepimo plėvelės griūtis

Normaliomis sąlygomis skysčio plėvelė išlaiko itin mažą trinties koeficientą (TKO). Šiai plėvelei susitraukus, veikimo režimas akimirksniu pasikeičia į sausos trinties režimą, todėl TKO smarkiai padidėja.

Dėl šio didelio trinties pasipriešinimo padidėjimo variklis turi naudoti daug daugiau sukimo momento, kad velenas suktųsi. Be skysčio plėvelės mikroskopiniai sandarinimo paviršių nelygumai šaltuoju būdu suvirinami ir nuplyšta, greitai pašalindami specializuotus paviršiaus profilius, kurie paprastai užtikrina hidrodinaminę keliamąją jėgą.

Trinties karštis ir veido pažeidimai

Padidėjusi trintis iš karto sukelia stiprų lokalizuotą karštį. Be skysčio, kuris aušintų sąsają, temperatūra gali pasiekti žalingą lygį – dažnai viršijantį 300–500 °C silicio karbido ir anglies poroms esant standartiniams variklio greičiams – per kelias sekundes ar minutes, priklausomai nuo slėgio ir greičio (PV) sąlygų.

Šis intensyvus karštis sukelia skirtingus gedimo būdus, priklausančius nuo paviršiaus medžiagų. Kietos medžiagos, tokios kaip silicio karbidas arba volframo karbidas, patiria terminį šoką, netolygiai plečiasi ir susidaro radialiniai mikroįtrūkimai, vadinami „karščio plomba“. Minkštesnės medžiagos, tokios kaip derva impregnuota anglis, pūslėjasi, nes jų vidiniai rišikliai plečiasi ir prasiveržia pro sandarinimo paviršių, sunaikindami reikiamą mikroplokštumą.

Poveikis elastomerams, spyruoklėms ir pavaros dalims

Šiluma, sklindanti nuo sandarinimo paviršių, ardo antrinius komponentus. Elastomeriniai O žiedai susidėvi dėl savo specifinių terminių ribų; pavyzdžiui, standartinis FKM (Vitonas) paprastai sukietėja ir įgauna nuolatinį standumą aukštesnėje nei 200 °C temperatūroje, o PTFE suyra ir išsispaudžia aukštesnėje nei 260 °C temperatūroje.

Be elastomerų, sausa trintis perduoda didelį sukimo momentą sandariklio apsaugos nuo sukimosi kaiščiams ir pavaros mechanizmams. Pavaros kaiščiai gali nulūžti arba sandarinimo įvorė gali suktis ant veleno ir sukelti stiprų įtrūkimą. Metalinės spyruoklės ir silfonai taip pat praranda savo atsparumą karščiui ir įtempimą, todėl neišlaiko reikiamos uždarymo jėgos, net jei operatoriai vėliau atkuria skystį.

Kaip sausos eigos padaryta žala skiriasi priklausomai nuo eksploatavimo sąlygų

Sausos eigos atvejai progresuoja skirtingu greičiu ir sukelia skirtingus pažeidimo profilius. Pažeidimo sunkumas labai priklauso nuo eksploatavimo sąlygų tuo metu, kai siurblys praranda skysčio plėvelę.

Skysčio savybės, sukimosi greitis ir paviršiaus medžiagos lemia, ar sandariklis atlaikys trumpalaikį sausą veikimą, ar suges katastrofiškai.

Žalos sunkumas priklausomai nuo poveikio laiko

Poveikio trukmė yra svarbiausias veiksnys, lemiantis sandariklio atsparumą. Trumpalaikis siurbimo praradimas, trunkantis vos kelias sekundes, gali sukelti nedidelius įbrėžimus, kurie savaime užgyja skysčiui sugrįžus.

Tačiau ilgalaikis sausas veikimas greitai tampa lemtingas standartiniams pavieniams sandarikliams. Tęsiantis poveikiui, šiluminis plėtimasis negrįžtamai iškreipia sandarinimo paviršius ir atveria nuotėkio kelią. Didelio greičio sistemose katastrofiški gedimai, tokie kaip sudužę kieti paviršiai ar išsilydę O žiedai, įvyksta dar greičiau dėl greitai kaupiamos trinties šilumos.

Vandens, cheminių medžiagų, angliavandenilių ir suspensijų skirtumai

Sausosios eigos atveju antrinius padarinius lemia pumpuojamas skystis. Pumpuojant vandenį, slėgio kritimas arba temperatūros šuolis priverčia likusią skysčio plėvelę virsti garais. Šis smarkus tūrinis plėtimasis smarkiai išpučia sandarinimo paviršius, sukeldamas daužymą ir briaunų skilinėjimą.

Angliavandenilių srityje šiluma termiškai suskaldo skysčio likučius, ant jų nusodindama kietą, abrazyvinį suakmenėjusios anglies sluoksnį. Suspensijų srityje skystasis nešiklis išgaruoja, kepdamas suspenduotas kietąsias daleles tiesiai ant sandarinimo paviršių ir spyruoklių. Tai užrakina dinaminius komponentus ir sunaikina persidengusius paviršius.

Pagrindiniai kintamieji: greitis, slėgis, temperatūra ir medžiagos

Sandariklio slėgio ir greičio (PV) vertė apibrėžia jo eksploatacines ribas. Didelio greičio, aukšto slėgio taikymuose PV vertės yra didelės, o tai reiškia, kad sausosios eigos metu destruktyvi šiluma išsiskiria eksponentiškai greičiau nei mažo PV taikymuose.

Medžiagų pasirinkimas taip pat daro didelę įtaką sausojo veikimo tolerancijai. Silicio karbidas (SiC) yra pramonės standartas dėl savo kietumo ir didelio šilumos laidumo, kuris padeda išsklaidyti šilumą. Kadangi standartinis SiC yra trapus ir jautrus karščio deformacijoms, gamintojai dažnai naudoja pažangias poras, tokias kaip grafitu prisotintas silicio karbidas arba deimantais dengti paviršiai. Šie inžineriniai paviršiai sumažina sausojo veikimo trinties koeficientą, todėl sandariklis šiek tiek ilgiau atlaiko trumpalaikį sausąjį veikimą, nors ilgalaikiai veiksniai išlieka žalingi.

Kaip diagnozuoti sausos eigos sandariklio pažeidimus

Tiksli diagnozė padeda išvengti pasikartojančių gedimų.mechaninis sandariklisJei sistema sugenda per anksti, patikimumo inžinieriai turi atlikti teismo ekspertizę, kad patvirtintų, jog pagrindinė priežastis yra sausas veikimas, ir atmesti cheminį nesuderinamumą, nesuderinamumą ar abrazyvinį dilimą.

Tam reikia kruopštaus ištraukimo, vizualinės apžiūros ir metrologinio įvertinimo, kad būtų galima nustatyti gedimo priežastį iki sistemos lygmens eksploatavimo sąlygų.

Patikrinimo veiksmai įtarus sausą veikimą

Diagnozė pradedama prieš technikams visiškai išardant sandariklį. Pirmiausia izoliuokite siurblį, saugiai išleiskite skystį iš korpuso ir patikrinkite, ar sandariklio kameroje nėra skysčio. Dokumentuokite praplovimo vamzdynų ir aplinkos valdymo įtaisų būklę, kad būtų išvengta pagalbinės sistemos gedimų.

Ištraukus ir išvalius, technikai pirmiausia turėtų atlikti makrovizualinį patikrinimą, kad nustatytų akivaizdžius pažeidimus. Po vizualinio patikrinimo įvertinkite komponentus metrologiškai. Apžiūrėjus paviršius po monochromatiniu šviesos šaltiniu su optiniu plokščiu elementu, galima nustatyti pažeidimo mastą. Nors sveikas sandarinimo paviršius rodo lygiagrečias šviesias juostas, rodančias itin didelį lygumą, ant sauso sandarinimo paviršiaus atsiranda labai iškreiptos, nelygiagrečios juostos dėl didelio terminio deformavimo.

Matomi sandariklio gedimo požymiai

Lauko technikai paprastai pastebi aiškius, lokalizuotus vizualinius sausos eigos požymius iš karto po ištraukimo. Ryškiausi požymiai yra karščio plyšimai ant kietų paviršių ir pūslių susidarymas arba stiprus griovelių susidarymas ant anglies pluošto paviršių. Inspektoriai taip pat turėtų atkreipti dėmesį į didelį anglies dulkių kaupimąsi sandarinimo kameroje.

Metalinių komponentų spalvos pakitimai dėl terminio poveikio pateikia dar vieną įrodymą. Nerūdijančio plieno įvorės arba pavaros žiedai su ryškiu mėlynu atspalviu rodo, kad sandariklis buvo paveiktas itin didelio karščio. Be to, apanglėję, trapūs arba kvadratinį profilį (suspaudimo deformacija) įgauti O formos žiedai patvirtina, kad sandarinimo aplinka gerokai viršijo įprastą darbinę temperatūrą.

Kada reikia peršlifuoti, perdaryti arba pakeisti sandariklį

Patvirtinus sausosios eigos padarytą žalą, reikia nuspręsti, kaip elgtis su sandarikliu. Technikai kartais gali pašalinti nedidelius įbrėžimus ar negilius griovelius ant kietų paviršių pakartotiniu šlifavimu. Tačiau taikomi griežti matmenų tolerancijos; jei norint atkurti lygumą reikia pašalinti medžiagą, viršijančią gamintojo nurodytą išmetimo ribą, turite išmesti paviršių, kad nepakeistumėte sandariklio suprojektuoto spyruoklinio suspaudimo.

Sandarikliai su dideliais terminiais pažeidimais, tokiais kaip makro įtrūkimai arba pamėlynavę metaliniai komponentai, turi būti visiškai pakeisti. Jei siurblys rodo pasikartojančius gedimus dėl sausos eigos, sandariklio atnaujinimas pagal tikslias originalios įrangos gamintojų specifikacijas yra ydinga strategija. Vietoj to, naudokite diagnostinius įrodymus, kad pagrįstumėte sandariklio konstrukcijos atnaujinimą arba aplinkos palaikymo sistemos modifikavimą.

Kaip sumažinti sausos eigos riziką

Norint pašalinti sausosios eigos riziką, reikia imtis aktyvių veiksmų, derinant patikimą sandariklių pasirinkimą, inžinerines aplinkos kontrolės priemones ir nuolatinį sistemos stebėjimą.

Daugiasluoksnės apsaugos priemonės apsaugo besisukančią įrangą nuo trumpalaikių veikimo klaidų ir hidraulinių anomalijų, maksimaliai padidindamos turto veikimo laiką ir sumažindamos ilgalaikes priežiūros išlaidas.

Sandariklio tipo pasirinkimas: viengubi, dvigubi ir kasetiniai sandarikliai

Remdamasis astandartinis vieno mechaninio sandariklioSistemose, kuriose yra polinkis veikti sausai, kyla didelė rizika. Dvigubo mechaninio sandariklio įrengimas suteikia patikimą apsaugą. Dvigubo slėgio sandariklyje naudojamas atskiras barjerinis skystis, esantis tarp vidinio ir išorinio sandarinimo paviršių.

Laikantis pramonės standartų, šis barjerinis skystis yra spaudžiamas virš siurblio įdarinės dėžės slėgio. Kadangi barjerinį skystį tiekia išorinis rezervuaras, vidinis ir išorinis sandarinimo paviršiai lieka visiškai sutepti ir aušinami, net jei siurblys praranda pagrindinį proceso skystį. Nors dvigubi sandarikliai padidina pradines išlaidas ir pareikalauja sudėtingesnės priežiūros, jie padeda išvengti katastrofiškų gedimų dėl sausosios eigos.kasetiniai sandarikliaitaip pat padeda, nes gamyklos iš anksto nustato subtilius paviršių išlyginimus ir spyruoklių suspaudimus, pašalindamos montavimo klaidas, kurios imituoja arba pablogina sausojo veikimo sąlygas.

Praplovimo planai ir stebėjimo sistemos

Vieno sandariklio atveju teisingas vamzdynų planas sumažina sausosios eigos riziką. „Plan 32“ praplovimo sistema į sandariklio kamerą įpurškia švarų, vėsų išorinį skystį, užtikrindama nuolatinį tepimą, nepriklausomai nuo siurbimo sąlygų. Dvigubo sandariklio atveju uždaros kilpos sistemos, tokios kaip „Plan 53A“, „53B“ arba „Plan 54“, užtikrina specialią barjerinio skysčio cirkuliaciją.

Aktyvios stebėjimo sistemos yra geriausias apsaugos nuo gedimų sprendimas. Galios monitorių įrengimas ant siurblio variklio yra labai efektyvus; jei siurblys praranda užpildymo slėgį ir veikia sausai, variklio apkrova žymiai sumažėja. Galite užprogramuoti galios monitorius taip, kad jie automatiškai išjungtų variklį, jei apkrova kelioms sekundėms nukrenta žemiau nominalios ribos, įsikišdami prieš įvykstant terminei žalai. Vibracijos jutikliai ir sandarinimo kameros temperatūros zondai taip pat perduoda ankstyvojo įspėjimo duomenis į įrenginio paskirstytąją valdymo sistemą (DCS).

Atnaujinti sprendimų sistemą

Norint nuspręsti, kada įdiegti šias apsaugos priemones, reikia struktūrizuotos sprendimų sistemos, pagrįstos investicijų grąža (ROI) ir rizikos tolerancija. Jei siurblys pasikartoja dėl sausosios eigos gedimų, prastovų ir priežiūros išlaidos lengvai pateisina dvigubo sandariklio įrengimą arba aktyviosios galios stebėjimo įrengimą.

Patikimumo inžinieriai turėtų įvertinti vidutinį laiką tarp gedimų (MTBF) pagal pripažintus pramonės standartus, tokius kaip API 682 tikslinis 36–48+ mėnesių nepertraukiamo veikimo siurbliams. Jei dabartinis MTBF gerokai sumažėja žemiau šių standartų dėl trumpalaikių sausųjų eigų, sistema įpareigoja atnaujinti sistemą.

Užuot pasikliavę reaktyviais pakeitimais, įrenginiai turėtų priimti prioritetinę veiksmų matricą, pagrįstą gedimų dažnumu ir turto kritiškumu:

1. Pirmoji intervencija (maža kaina / didelis poveikis):Įdiekite aktyviosios galios stebėjimo sistemą, kuri automatiškai išjungtų variklį nutrūkus užpildymui, ir peržiūrėkite darbinio vėdinimo procedūras.
2. Antroji intervencija (vidutinė kaina):Atnaujinkite praplovimo planus (pvz., 32 planą), kad užtikrintumėte nuolatinį išorinį tepimą, arba pereikite prie pažangių paviršiaus medžiagų, tokių kaip deimantais dengtas silicio karbidas, kad būtų geresnis atsparumas pereinamiesiems ciklams.
3. Trečioji intervencija (didelės išlaidos / maksimali apsauga):Labai kritinėms arba pavojingoms reikmėms pavienius sandariklius pakeiskite dvigubais slėginiais kasetiniais sandarikliais (53A/B arba 54 planas), kad sandarinimo sąsaja būtų visiškai izoliuota nuo proceso skysčio anomalijų.

Svarbiausios išvados

• Prieš paleidimą įsitikinkite, kad siurblio korpusas ir sandarinimo kamera yra visiškai nuorinti, kad išvengtumėte sausosios eigos.
• Niekada nenaudokite išcentrinio siurblio su uždarytu įsiurbimo vožtuvu, nes sandarinimo kamera gali prarasti tepalą per kelias sekundes ar minutes.
• Kavitaciją, žemą NPSHa, įsiurbimo sūkurį ir veikimą toli nuo BEP traktuokite kaip patikimumo riziką, kuri gali sukelti sandariklio veikimą be skysčio.
• Planuokite sausos eigos gedimus kaip verslui svarbius įvykius, nes tiesioginės remonto išlaidos gali siekti nuo 3 000 iki 10 000 USD, neįskaitant prastovų ar aplinkosaugos išlaidų.
• Sandarinimo medžiagas ir konstrukcijas rinkitės atsižvelgdami į paskirtį, nes standartiniai kontaktinio skysčio sandarikliai, metaliniai silfoniniai sandarikliai ir sausos eigos inžineriniai sandarikliai turi labai skirtingus pažeidimų toleravimo rodiklius.

Dažnai užduodami klausimai

Ką reiškia mechaninio sandariklio sausas veikimas?

Sausas veikimas įvyksta, kai išnyksta 1–3 mikronų tepimo skysčio plėvelė tarp besisukančio ir nejudančio sandarinimo paviršių, sukeldama tiesioginį kontaktą su paviršiumi, greitą šilumos kaupimąsi ir pagreitintą dilimą.

Kaip greitai sausas veikimas gali pažeisti siurblio sandariklį?

Dėl stipraus sausojo veikimo standartinis su skysčiu besiliečiantis mechaninis sandariklis gali būti pažeistas per kelias sekundes ar minutes, ypač kai siurblio korpusas nėra ventiliuojamas arba įsiurbimo vožtuvas uždarytas.

Kokios yra dažniausios sauso važiavimo priežastys?

Dažniausios priežastys yra neventiliuojamo siurblio paleidimas, veikimas uždarytu įsiurbimo vožtuvu, nepakankamas NPSHa, kavitacija, siurbimo bako sūkurys ir siurblio veikimas esant toli nuo geriausio efektyvumo taško.

Ar mechaninis sandariklis gali atlaikyti trumpą sausą veikimą paleidimo metu?

Daugelis besiliečiančių sandariklių gali toleruoti trumpalaikį ribinį tepimą paleidimo arba išjungimo metu, tačiau ilgalaikis sausas veikimas viršija įprastas projektavimo ribas ir gali greitai sukelti terminį įtrūkimą, paviršiaus deformaciją ir nuotėkį.

Kiek gali kainuoti sandariklio gedimas dėl sausos eigos?

Standartinio išcentrinio siurblio sandariklio gedimas dažnai kainuoja nuo 3 000 iki 10 000 USD tiesioginio remonto, darbo, dalių ir valymo, o prastovos, aplinkos poveikis ar antrinės įrangos pažeidimai gali kainuoti daug daugiau.