Износ торцевых уплотнений при химическом воздействии

Износ уплотнений при химическом воздействии.

Материалы уплотнительных колец следует подбирать с учетом химической агрессивности уплотняемой среды. Небольшое разъедание материалов уплотняемой жидкостью часто можно предусмотреть допусками и компенсировать соответствующим припуском на толщину стенки. Однако необходимо учитывать, что коррозия при повышенных температурах может возрасти в несколько раз. Известно, например, что поверхности скольжения, которые нагреваются значительно сильнее, чем уплотняемая жидкость, окисляются особенно сильно.

Прогноз долговечности торцевых уплотнений.

Ответить на вопрос: «Какой срок службы можно ожидать от торцевых уплотнений на практике?» — очень трудно. Если износ обусловлен в основном адгезией, а известные условия эксплуатации постоянны, то на основании величин износа, полученных в аналогичных условиях, можно с достаточной степенью точности определить срок службы L = а/А. Величину износа уплотнения нельзя, конечно, увеличивать произвольно, поскольку она также влияет на механические и тепловые деформации. В нормальных условиях величина износа: а = 0,05 - 0,5 см. В общем же можно сказать, что срок службы торцевых уплотнений за последние несколько десятков лет возрос по сравнению с прежними значениями в разы, что можно объяснить улучшением качества материалов и модернизацией конструкции.

На рисунке 1 видно, что при указанных условиях эксплуатации можно рассчитывать на средний срок службы уплотнений около 100000 часов. На практике это соответствует периоду около 10 - 15 лет. Часто срок службы торцевого уплотнения определяется не только износом торцевых поверхностей, но и устойчивостью использованных эластомеров к процессам старения. При герметизации моноэтаноламина при температуре 50°С, р1 = 5,8 кгс/см2 и vg = 5,4 м/с кольца круглого сечения становились хрупкими примерно через 40000 часов эксплуатации, в то время как износ угля за этот период составлял всего около 0,35 мм (А = 0,009 мкм/ч).

Изменение режима эксплуатации, а также любое увеличение давления, скорости скольжения, коэффициента трения и температуры сокращают срок службы уплотнения. Однако наряду с адгезионным износом может происходить абразивный, коррозионный и струйный износ, кроме того, на срок службы уплотнения влияют вибрации, температура и параметры материала, поэтому предсказание срока службы торцевых уплотнений всегда связано с низким коэффициентом достоверности. Опыт эксплуатации в последние годы показывает, что при давлении уплотняемой среды до 25 кгс/см2 и скорости скольжения до 10 м/с в химической промышленности ожидаемой срок службы L торцевых уплотнений в насосах составляет в среднем 1 - 2,5 года, в перемешивающих устройствах 2 - 5 лет. В нефтяной промышленности и в машиностроении срок службы уплотнений достигает 2 - 4 лет и более. Кроме того, во многих случаях срок службы в течение полугода рассматривают как очень хороший.

Таблица 1. Ориентировочный срок службы L торцевых уплотнений, работающих при высоких частотах вращения и низких давлениях уплотняемой среды. [отрицательное давление равно вакуумному; закаленная инструментальная сталь с λ = 35 ккал/(м*ч*°C), хромистая сталь с λ = 20 ккал/(м*ч*°C)] В таблице 1, приведены средние значения срока службы уплотнений, работающих при низких давлениях уплотняемой среды. Часто при очень высоких скоростях скольжения и утечках эти значения находятся в пределе 10000 часов. Так, в частности, совсем недавно улучшением материалов удалось значительно увеличить срок службы до капитального ремонта торцевых уплотнений в воздушно-реактивных двигателях. На рисунке 2 определены значения среднего срока службы разгруженных торцевых уплотнений при работе в чистой питательной воде котлов на американских тепловых и атомных электростанциях. Если при давлении уплотняемой среды 10 кгс/см2 (рисунок 2) срок службы составляет 2 года, то при 30 кгс/см2 он понижается до 1 года, а при 60 кгс/см2 даже до 5 месяцев. Пояснение этого дано на рисунке 3.

Коэффициент трения f снижается при увеличении р1 до 5 кгс/см2 и затем остается постоянным примерно до р1 = 40 кгс/см2, поскольку выделяемую в уплотняемом зазоре теплоту еще удается отвести. С повышением контактного давления отвод теплоты из уплотнительного зазора усложняется. С возникновением эффекта испарения смазки начинается сухое трение, при котором коэффициент трения характеризуется неустойчивостью при сильном общем росте давления. С резким возрастанием износа А увеличивается опасность образования термических трещин, и срок службы уплотнений резко снижается.

Использование при этих условиях (рисунок 3) термогидродинамических торцевых уплотнений с пазами для циркуляции охлаждающей жидкости позволяет в несколько раз увеличить средний срок службы этих уплотнений (рисунок 4). Вследствие существенного снижения коэффициентов трения в термогидродинамических торцевых уплотнениях значительно возрастает срок их службы и эксплуатационная надежность.

В связи с применением высококачественных материалов для пар скольжения ожидаемый срок службы торцевых уплотнений в последние годы значительно возрос. Так, например, по данным изучения эксплуатационных характеристик уплотнений, выпущенных большой серией и установленных в нескольких сотнях тысяч насосах для перекачки горячей воды, проработавших более 10 лет при температуре 80 - 120° С, р1 = 5кгс/см2, vg = 5 м/с, средний срок службы составил 2 - 4 года, причем решающее значение имела степень чистоты воды. Средний срок службы торцевых уплотнений, работающих при высоких нагрузках, например, на тепловых и атомных электростанциях, достигал нескольких десятков тысяч часов, при этом следует отметить оптимальный подбор материалов для пар скольжения, конструкции уплотнения, охлаждение и системы обеспечения безопасности.

Соответствующее дополнительное вспомогательное оборудование, например, магнитные фильтры, устройства для промывки от постороннего источника, циклоны для отделения загрязнений и дополнительное охлаждение, позволяют значительно продлить срок службы торцевых уплотнений даже в тяжелых условиях эксплуатации.