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.

Статистика показывает, что в среднем торцевые уплотнения промышленных насосов могут функционировать до 8-13 месяцев, а в некоторых случаях и до 3-5 лет. Тем не менее, на практике возникают случаи внезапного выхода из строя качественных уплотнений даже на производствах с внедренной системой управления и обеспечения качеством каждого этапа. Главные причины этого, по большей мере, связаны не только с ответственностью проектировщиков-изготовителей насосов и уплотнений, сколько обусловлены отсутствием знаний о реальных режимах эксплутации, а также недостатком у специалистов необходимого опыта и квалификации для понимания тех факторов, которые приводят к внезапной потере функциональности этих прецизионных изделий.

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 условий эксплуатации оборудования. Такие работы могут быть выполнены нашей группой специалистов с применением современных методов инженерного анализа с помощью программного комплекса MSLC.

Обоснованный поиск причины потери функционирования уплотнения может потребовать проведения его экспертизы. Когда основная причина выявлена, обычно проясняются пути её решения. Однако на практике часто возникают случаи, когда необходимо проведение дополнительной диагностики на основе данных мониторинга рабочих параметров.

Существует достаточно большое количество причин, вследствие которых торцевые уплотнения валов выходят из строя. Здесь мы рассмотрим лишь некоторые их них, подкрепив излагаемую информацию, для наглядности, фотографиями и комментариями к ним.

Коррозия

На фотографии изображено разрушенное торцевое уплотнение в результате воздействия на него агрессивной среды с высокой температурой. Коррозия (химическое, электрохимическое или биологическое воздействие) является неизбежной причиной выхода из строя деталей торцевого уплотнения.

Отложения со стороны атмосферы (у вала)

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

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 и ускоренный износ

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

Перегрев и превышения допустимого крутящего момента

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

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

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.

Склеивание (полимеризация)

На фотографии показана вращающаяся часть торцевого уплотнения, вышедшая из строя вследствие “склеивания (полимеризации)” колец пары трения и пружины сжатия, из-за чего этот упругий элемент потерял осевую подвижность, эксплуатация и ошибочная конструкция оборудования не обеспечили необходимые и достаточные условия для надежной и долгой работы уплотнительного узла.

Применение в современном оборудовании системы мониторинга рабочих параметров позволяет диагностировать его техническое состояние и определять возможные причины выхода из строя уплотнения.