HighExpert.RU

© к.т.н. Шепелёв В.А., инж. Шепелёв А.В.

Причины выхода из строя торцевых уплотнений

По результатам многолетних эксплуатационных испытаний, проведенных в США, Великобритании и Германии, от 60% до 90% торцевых уплотнений выходит из строя раньше предельного износа их пар трения. Результаты анализа эксплуатационных испытаний промышленных насосов атомных станций, где надёжности, качеству, сроку службы и обслуживанию оборудования уделяется особо пристальное внимание, показали, что применение конструктивно совершенных торцевых уплотнений, изготовленных из высококачественных материалов, при известных вполне определённых условиях эксплуатации оборудования вовсе не обеспечивает необходимый гарантийный срок службы.
Так, одни и те же торцевые уплотнения, изготовленные из одинаковых материалов с одинаковым качеством одной и той же фирмой, показали в одних и тех же насосах разные сроки службы этих уплотнений от 1 до 18 месяцев. За первые 1.5 месяца работы насосов вышли из строя около 50% (из всех установленных 169 шт. торцовых уплотнений), остальные уплотнения выходили из строя в течение последующих 12-18 месяцев эксплуатации насосов.
Таким образом, можно сделать вывод, что основными определяющими факторами, влияющими на выход из строя торцевых уплотнений валов являются, прежде всего, условия эксплуатации. Торцевое уплотнение достаточно быстро выходит из строя в том случае, когда для него не обеспечены необходимые и обязательные условия эксплуатации. Поэтому торцевые уплотнения не могут работать при любых условиях эксплуатации, как например заявляется некоторыми торгующими компаниями на их сайтах.
Для того чтобы минимизировать подобные явления при подборе, модернизации или конструировании торцевого уплотнения, в обязательном порядке, необходимо проводить расчеты параметров этого уплотнения и его деталей для конкретных размеров и условий эксплуатации оборудования. Такие работы могут быть выполнены нашей группой специалистов с применением современных методов инженерного анализа и использованием нашего программного комплекса MSLC.
Изготовитель оборудования обязан, при применении того или иного торцевого уплотнения, обеспечить для этого уплотнения все необходимые условия работы. Организация, использующая оборудование с торцевым уплотнением, обязана следить за обеспечением этих необходимых условий и поддерживать их на должном уровне в процессе всего периода эксплуатации своего оборудования.
Очевидным индикатором причины выхода из строя торцевого уплотнения вала является его визуальный осмотр. Вместе с тем, выявленные таким путём симптомы не всегда могут являться основной причиной выхода из строя уплотнения. Поэтому часто необходимо определять ключевую причину для того, чтобы избежать её повторного появления. Обоснованный поиск такой причины может потребовать проведение экспертизы торцевого уплотнения. Когда основная причина выявлена, обычно становятся ясны пути её решения. Однако на практике часто возникают случаи, когда необходимо проведение дополнительной диагностики.
Существует достаточно большое количество причин, вследствие которых торцевые уплотнения валов выходят из строя. Здесь мы рассмотрим лишь некоторые распространённые причины, подкрепив излагаемую информацию, для наглядности, фотографиями торцевых уплотнений и комментариями к ним.

Коррозия (химическое, электрохимическое или биологическое воздействие)

коррозия - причина выхода из строя торцевого уплотнения
На фотографии изображено разрушенное торцевое уплотнение в результате воздействия на него агрессивной среды с высокой температурой. Коррозия является неизбежной причиной выхода из строя деталей торцевого уплотнения.

Отложения со стороны атмосферы (у вала)

отложения со стороны атмосферы - причина выхода из строя торцевого уплотнения
На фотографии показаны отложения на внутреннем диаметре кольца торцевого уплотнения (со стороны атмосферы у вала насоса) вследствие утечки рабочей среды (или его паровой фазы) через зазор пары трения уплотнения в атмосферу. Подобные отложения могут ограничивать осевую подвижность уплотнения, в результате оно может не обеспечивать необходимую герметичность.

Отложения со стороны уплотняемой рабочей среды

отложения со стороны рабочей среды - причины выхода из строя торцевого уплотнения
На фотографии видны отложения на наружных поверхностях торцевого уплотнения со стороны уплотняемой рабочей среды. Такие отложения также могут ограничить осевую подвижность вращающеся части уплотнения, что отрицательно сказывается на его надежности и герметичности.

Перегрев вследствие высоких температур, ускоренный износ

перегрев и износ - причины выхода из строя торцевого уплотнения
На фотографии показаны рабочие поверхности колец пары трения торцевого уплотнения, вышедшего из строя вследствие его недостаточного охлаждения (перегрева), режим “сухого трения” – ускоренный износ.

Перегрев вследствие высоких температур и превышения допустимых напряжений кручения (допустимого крутящего момента)

причины выхода из строя торцевого уплотнения вследствие перегрев и превышение допустимых напряжений кручения
На фотографии показано торцевое уплотнение John Crane тип 2100 (“Джон Крейн” тип 2100 не работает при любых условиях эксплуатации), вышедшее из строя вследствие превышения допустимых напряжений для материалов его деталей (допустимого крутящего момента) в результате воздействия высокой температуры рабочей среды и недостаточного охлаждения (перегрева), и возникновения режима “сухого трения”.

Превышение допустимых напряжений (допустимого крутящего момента)

превышение допустимых напряжений - причина выхода из строя торцевого уплотнения с резиновым сильфоном
На фотографии торцевое уплотнение с резиновым сильфоном (резиновой защитной оболочкой), вышедшее из строя вследствие превышения допустимых напряжений кручения (допустимого крутящего момента) для материала резинового сильфона, в результате, например, адгезии или склеивания колец пары трения.

Термический шок

термический шок - причина выхода из строя торцевого уплотнения
На фотографии изображена вращающаяся подвижная часть торцевого уплотнения с рабочей поверхностью его кольца пары трения, вышедшего из строя вследствие “термического шока”, вызванного большими циклическими перепадами температур.

Литература

1. Mechanical seal practice for improved performance. Edited by J.D. SUMMERS-SMITH, IMechE Guides for the Process Industries., LONDON, 1992.
2. THE ABC of Mechanical Seals. FEODOR BURGMANN Dichtungswerke GmbH & Co. Edition E5000/1.01.92.01. 1992.
3. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев и др. – М: Машиностроение, 1994.

26.09.2018