Анализ распространенных неисправностей высокотемпературных насосов: как бороться с термической деформацией, кавитацией и разрушением уплотнения 

Высокотемпературные насосы обычно относятся к средам с температурой >150°C и часто используются в таких рабочих условиях, как термомасло, высокотемпературная вода, конденсат насыщенного пара, расплавленная соль и т. д. Высокие температуры среды приводят к трем основным характеристикам: термическому расширению, пониженной прочности материала и высокому давлению испарения. Термическая деформация, кавитация и выход из строя механического уплотнения являются наиболее распространенными отказами на месте, и эти три фактора часто вызывают друг друга.

1. Термическая деформация (неравномерное тепловое расширение корпуса, ротора и посадочного места подшипника).

Явление неисправности

После запуска и нагрева насоса возникает вибрация и появляются странные звуки. После остановки и охлаждения насоса вибрация возвращается в норму;

Устьевое кольцо трется, крыльчатка трется о корпус, а крыльчатка/корпус изнашиваются и царапаются после работы в течение определенного периода времени;

Муфта квалифицируется в средне-холодном состоянии, но отклоняется в горячем состоянии, и упругий блок быстро повреждается;

Температура подшипника резко возрастает, и подшипник блокируется.

Механизм производства

При высоких температурах линейное расширение корпуса насоса, вала насоса, основания и седла подшипника является непостоянным; при недостаточной жесткости основания, термическом напряжении трубопровода растянуто, а теплый насос находится не на месте, центр ротора и центр корпуса отклонятся (тепловой перекос), исчезнет зазор между подвижной и неподвижной частями, произойдет столкновение и скрежетание.

Наиболее распространены горизонтальные высокотемпературные насосы: тяга расширения впускных и выпускных патрубков оттягивает корпус насоса в сторону.

Контрмеры

1. Этап установки (контроль источника)

Величина тепловой компенсации, зарезервированная для холодной центровки: В соответствии со значением теплового расширения, рассчитанным заводом-изготовителем насоса, двигатель должен быть поднят/смещен заранее во время холодной центровки, чтобы компенсировать тепловое смещение после нагрева; на высокотемпературных насосах категорически запрещается производить только холодную центровку.

Трубопровод должен быть оборудован компенсаторами и пружинными опорами и подвесками. Вес трубопровода не может давить на фланец корпуса насоса; фланцевое соединение должно быть свободно соосно, запрещается с силой притягивать насосы друг к другу.

Основание усилено, подкладки расположены разумно, анкерные болты затягиваются поэтапно.

2. Эксплуатационные характеристики запуска насоса (прогрев насоса является главным приоритетом)

Насос медленного нагрева: предварительный нагрев небольшого расхода, контроль скорости нагрева ≤50 ℃/ч; Категорически запрещается прямой переход холодного насоса в высокотемпературную среду, так как резкий нагрев приведет к неравномерной деформации корпуса.

Полностью слейте охлаждающую среду и скопление газа в корпусе насоса, чтобы избежать местных перепадов температур.

3. Оптимизация структуры и обслуживания

Использовать гибкую конструкцию ротора, увеличить зазор между диафрагменными кольцами в условиях высоких температур, использовать износостойкие материалы диафрагменных колец (наплавка стеллитом);

В корпусе имеется центральная опора (обычно используемая в насосах с открывающимся корпусом), чтобы избежать изменений температуры, вызывающих разницу в расширении между верхней и нижней частями корпуса насоса;

Регулярно проводите термические повторные испытания и центровку, а также выполняйте капитальный ремонт, чтобы проверить, не деформированы ли корпус и основание насоса.

Предупреждение: Термическая деформация и шлифование в дальнейшем вызовут дисбаланс ротора, повышенную вибрацию и воздействие цепи на уплотнения и подшипники.

2. Кавитация (высокотемпературные насосы очень склонны к кавитации, в отличие от насосов с нормальной температурой)

Явление неисправности

В насосе слышен взрыв и ненормальный звук, похожий на удар песка и гравия; расход и напор уменьшаются, а давление сильно колеблется;

В рабочем колесе и всасывающей камере появляется сотовая точечная коррозия, а в тяжелых случаях рабочее колесо перфорируется;

Увеличение вибрации и кавитационное воздействие приведут к прямому повреждению механического уплотнения.

механизм

Высокотемпературная средаДавление насыщенного испарения очень высокое.. Пока давление на всасывании насоса ниже давления насыщения при текущей температуре среды, жидкость будет испаряться и образовывать пузырьки; пузырьки лопнут в зоне высокого давления, вызывая высокочастотное воздействие.

Проверьте высоту уровня жидкости на наличие кавитации насоса при нормальной температуре;Основой кавитации в высокотемпературных насосах является температура. Если температура среды незначительно повысится, NPSHr (необходимый NPSHr) резко увеличится..

Контрмеры

Оптимизация технологической системы (приоритет)

Улучшить эффективный кавитационный напор аппарата НПШа: поднять уровень жидкости верхнего бака, увеличить давление всасывающего бака (гермобака), укоротить всасывающий трубопровод, уменьшить колена и клапаны, уменьшить сопротивление на стороне всасывания.

Контролируйте температуру среды, чтобы избежать перегрева; изолировать трубопроводы высокотемпературной среды для предотвращения локального перегрева и испарения.

Всасывающий трубопровод должен быть направлен непрерывно вверх без подушек безопасности, а выпускной клапан должен быть установлен в верхней точке для регулярного выпуска воздуха.

Выбор и модификация корпуса насоса

При выборе модели зарезервируйте достаточный запас NPSH: обычно NPSHa ≥ NPSHr + 0,5–1,0 м (рекомендуется для высокотемпературных сред ≥ 1,5 м);

Используйте переднюю конструкцию колеса индуктора с низкой кавитации;

Обновленный материал рабочего колеса: используется двухфазная сталь 316L для защиты от кавитационной эрозии. Обычная углеродистая сталь быстро ржавеет.

3. Запустите операцию

Запрещается работать в течение длительного времени ниже минимального непрерывного расхода; малые скорости потока приведут к нагреву среды в насосе и усилению кавитации;

Избегайте засорения всасывающего фильтра и регулярно очищайте его.

Ключевой момент: Кавитация в условиях высоких температурСамый разрушительныйВыход из строя рабочего колеса не только приведет к его разрушению, но и попадание пузырьков вызовет мгновенную нестабильность торцевой поверхности уплотнения, что непосредственно приведет к утечке через уплотнение.

3. Выход из строя уплотнений (наиболее частая причина остановки высокотемпературных насосов, преимущественно торцовых уплотнений)

Явление неисправности

В серьезных случаях уплотняющий порт протекает, капает и разбрызгивается; уплотнительная поверхность чернеет, обугливается, а уплотнительное кольцо стареет и становится хрупким; пружина отжигает неудачно; и втулка вала изношена. Существует три распространенных режима выхода из строя уплотнения насоса при высоких температурах:Сухая шлифовка торца, высокотемпературное старение вспомогательного уплотнительного кольца и термическая деформация приводят к эксцентрическому износу уплотнительной поверхности..

механизм

Слишком высокая температура: верхний предел обычного резинового уплотнительного кольца составляет 120 ℃, оно быстро затвердевает и трескается в высокотемпературных средах; пружина отжигается при высокой температуре, и ее эластичность снижается;

Термическая деформация: термическое удлинение вала насоса, прогиб корпуса, нарушение параллельности торца уплотнения, эксцентриковый износ;

Кавитация/эвакуация: разрыв пленки жидкости на торце, сухое трение и мгновенное подгорание кольца;

Неподходящее решение для промывки и охлаждения: промывка прервана, охладитель заблокирован.

Контрмеры

Выбор уплотнения в соответствии с температурой

Высокотемпературная среда >150 ℃: откажитесь от резинового уплотнительного кольца и используйте гибкие уплотнительные кольца из графита и политетрафторэтилена (ПТФЭ);

Пара трения: карбид кремния против карбида кремния (высокотемпературная стойкость, стойкость к сухому износу);

Пружина: используйте пружины из хастеллоя и других термостойких пружин, чтобы избежать релаксации при высоких температурах.

Охлаждающий раствор для промывки уплотнений (сердцевина высокотемпературного насоса)

План API 682: Plan23 (самоциркуляционное охлаждение) с охладителем обычно используется для высокотемпературного масла/горячей воды; Plan32 используется при чрезвычайно высоких температурах среды и используется внешняя чистая промывочная жидкость;

Контролируйте контур охлаждения: давление и расход охлаждающей воды, регулярно очищайте охладитель, чтобы предотвратить образование накипи и засорение;

Решение для изоляции: Для токсичных/легко закоксовывающихся высокотемпературных сред добавьте изоляционную полость.

Монтаж и контроль эксплуатации

Биение и вертикальность торца вала строго соответствуют нормам; поверхность втулки вала закалена;

Перед запуском насоса полностью прогрейте его, чтобы избежать деформации торца уплотнения из-за разницы температур;

Категорически запрещается эвакуироваться или бежать всухую. Если откачать воздух на несколько секунд, высокотемпературное механическое уплотнение сгорит;

Контролируйте наличие твердых частиц в среде, и частицы будут царапать торцевую поверхность уплотнения.

Связь между тремя (ключ на месте)

Кавитация → Ударный ротор + уплотнение → Вибрация увеличивается → Усиление термической деформации;

Термическая деформация прогиба ротора → неравномерное напряжение на торце уплотнения → преждевременный выход уплотнения из строя;

Утечка через уплотнение, потери среды и изменения условий работы внутри насоса → вызывают кавитацию.

Отказы насоса из-за высоких температур редко происходят сами по себе, и при устранении неполадок нельзя рассматривать только поврежденные компоненты, а необходимо проследить до источника.

Краткое описание устранения неполадок

Если у вас есть какие-либо вопросы по выбору и технические вопросы, добро пожаловать в Шэньян Кайнай для запроса, чтобы получить последние технические параметры и предложение.bo.yu@sykainai.com