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Na estrutura de um bomba centrífugaO selo mecânico é um componente essencial, diretamente relacionado à operação estável e à vida útil do equipamento. Sua principal função é impedir o vazamento de fluido da bomba, garantindo seu funcionamento normal e eficiência. No entanto, em aplicações práticas, o selo mecânico de bombas centrífugas é frequentemente afetado por fatores como condições de operação, características do fluido e manutenção preventiva, o que pode levar a falhas. Isso resulta em danos ao selo, vazamento da bomba e até mesmo parada do equipamento, impactando negativamente a segurança da produção e a proteção ambiental. A falha do selo mecânico da bomba centrífuga não só afeta o desempenho e a segurança do equipamento, como também acarreta altos custos de manutenção, aumentando as despesas de produção para empresas do setor petrolífero. Portanto, pesquisar as causas e os mecanismos de falha dos selos mecânicos em bombas centrífugas e, consequentemente, propor medidas eficazes de prevenção e melhoria, é de grande importância para reduzir a taxa de falhas dos selos mecânicos e prolongar sua vida útil. Anhui Shengshi Datang Vai te dar uma visão geral.

1. Análise do princípio de funcionamento da bomba centrífuga

O funcionamento de uma bomba centrífuga baseia-se na equação de Bernoulli da dinâmica dos fluidos, que afirma que, em um sistema fechado, a energia de um fluido é composta por energia cinética, energia potencial e energia de pressão, e essas três formas de energia são convertidas dentro da bomba. Os componentes principais de uma bomba centrífuga são o rotor e a carcaça da bomba. Quando o motor elétrico aciona o eixo da bomba, o rotor gira em alta velocidade, fazendo com que o líquido dentro da bomba também sofra movimento rotacional. Sob a ação da força centrífuga, o líquido é lançado do centro do rotor em direção à sua periferia, ganhando um aumento tanto na energia cinética quanto na energia de pressão. Essa mudança na energia cinética e na energia de pressão faz com que o líquido flua para fora pela saída da carcaça da bomba. A pressão no centro do rotor diminui, formando uma área de baixa pressão, e o líquido é continuamente aspirado para dentro da bomba sob pressão atmosférica, formando assim um processo contínuo de transporte de líquido. O funcionamento de uma bomba centrífuga pode ser dividido em três estágios: sucção, aceleração e descarga do líquido. Na fase de sucção, devido à zona de baixa pressão formada no centro do rotor, o líquido externo flui para dentro da bomba sob pressão atmosférica. Na fase de aceleração, o líquido, sob a ação da força centrífuga exercida pelo rotor, acelera em direção à carcaça da bomba. Na fase de descarga, o líquido em alta velocidade é gradualmente desacelerado através do difusor ou da voluta, convertendo energia cinética em energia de pressão antes de ser descarregado da bomba.

Os principais componentes de uma bomba centrífuga incluem o rotor, a carcaça da bomba, o eixo da bomba, o selo mecânico e os mancais. O rotor, feito de materiais como ferro fundido, aço inoxidável ou plástico, é o componente principal. Seu projeto determina diretamente a vazão e a altura manométrica da bomba. Parâmetros como o formato, o tamanho, o número de pás e o ângulo das pás do rotor afetam significativamente a vazão do líquido e a eficiência de conversão de pressão. A carcaça da bomba, tipicamente em formato de voluta, contém o fluido. Suas principais funções são coletar o líquido descarregado pelo rotor e direcioná-lo para a saída de descarga. A carcaça também facilita a conversão de energia, convertendo gradualmente a energia cinética do líquido em energia de pressão por meio de difusão, aumentando assim a altura manométrica da bomba. O eixo da bomba, acionado pelo motor e conectado ao rotor, transmite a energia mecânica do motor para o rotor, fazendo-o girar. O eixo da bomba deve possuir alta resistência e rigidez para suportar as forças centrífugas e as forças de reação do líquido sobre o rotor. O selo mecânico impede o vazamento de líquido no ponto de contato entre o eixo da bomba e a carcaça. Seu desempenho afeta diretamente a eficiência e a segurança da bomba. Os rolamentos suportam e fixam o eixo da bomba, reduzindo o atrito e a vibração durante a rotação, garantindo o funcionamento estável da bomba.

2. Causas de vazamento em Bomba centrífuga Selos mecânicos

(1) Vazamento durante o teste. A precisão da instalação do selo mecânico afeta diretamente sua eficácia de vedação. Se as faces de vedação não estiverem alinhadas com precisão durante a instalação ou se a folga entre as faces for ajustada incorretamente, podem ocorrer vazamentos durante o teste de funcionamento. Os anéis estacionário e rotativo devem estar planos e alinhados durante a instalação. O não cumprimento desse padrão pode resultar em contato deficiente entre as faces de vedação, criando folgas e permitindo vazamentos do fluido. Da mesma forma, o aperto inadequado em relação aos requisitos de projeto ou a vibração durante a instalação podem causar desalinhamento dos anéis de vedação, comprometendo a vedação. Durante a fase de teste de funcionamento, as faces de vedação podem não estar totalmente assentadas. Sob operação em alta velocidade e atrito, o desgaste das faces pode levar a vazamentos. Esse desgaste é comum se as faces de vedação não tiverem sido pré-tratadas ou amaciadas, pois a alta rugosidade superficial inicial aumenta o calor por atrito, exacerbando o desgaste. O desgaste das faces reduz a integridade do contato das superfícies de vedação, levando a vazamentos. Além disso, o aumento excessivamente rápido da temperatura durante os testes de funcionamento pode causar expansão térmica desigual das faces, acelerando o desgaste. A vibração gerada durante a operação da bomba devido ao desgaste dos rolamentos, desequilíbrio ou outros problemas mecânicos pode afetar a vedação mecânica, que é sensível à vibração. A vibração causa distribuição desigual de pressão entre as faces da vedação, podendo levar ao desalinhamento dos anéis rotativo e estacionário, falha da vedação e vazamento. Particularmente durante os testes, o movimento axial excessivo do eixo ou o desvio radial além dos padrões podem afetar adversamente a estabilidade dos componentes da vedação.

(2) Vazamento no teste estático. Em selos mecânicos, os elementos de vedação auxiliares são normalmente feitos de materiais como borracha ou PTFE. A elasticidade e a resistência à corrosão desses materiais impactam significativamente o desempenho da vedação. A seleção inadequada do material para as vedações auxiliares pode levar a vazamentos durante o teste de pressão estática. Se o material da vedação não tiver resistência à corrosão ou tolerância à temperatura, ele pode deformar-se sob a pressão ou temperatura do teste estático, deixando de fornecer uma vedação eficaz. Simultaneamente, o envelhecimento, o endurecimento ou a perda de elasticidade devido às mudanças de temperatura podem impedir que as faces da vedação se ajustem firmemente, causando vazamentos. Durante o teste estático, a pressão dentro da câmara de vedação não deve flutuar significativamente. Caso contrário, a pressão desigual nas faces da vedação pode causar vazamentos. Os testes estáticos são geralmente conduzidos a pressões ligeiramente superiores à pressão de operação para verificar a integridade da vedação. No entanto, se a pressão for muito alta ou aplicada de forma desigual, os componentes da vedação podem ser danificados, comprometendo o contato entre os anéis estacionário e rotativo e causando vazamentos. Especialmente durante os testes estáticos, se a temperatura do líquido for alta, a expansão térmica dentro da câmara de vedação pode causar flutuações de pressão, levando a uma vedação inadequada. As superfícies de vedação, geralmente feitas de materiais resistentes ao desgaste e de alta resistência, como carboneto de silício ou cerâmica, são críticas. Se submetidas a pressão excessiva durante a instalação ou testes estáticos, podem ocorrer pequenas deformações, afetando a capacidade de acoplamento adequado das superfícies.

(3) Vazamento operacional. As condições de operação de uma bomba centrífuga podem mudar com o seu estado de funcionamento. Variações na temperatura, pressão ou vazão do fluido podem afetar o desempenho da vedação. Quando as condições de operação excedem os limites de projeto da vedação — como temperatura ou pressão excessivamente altas — as propriedades dos materiais dos componentes da vedação podem se degradar, levando à falha da vedação. Vazamentos são particularmente prováveis ​​durante flutuações transitórias de vazão ou sob condições de carga altamente variáveis. As vedações mecânicas geralmente dependem da presença de um fluido de vedação para lubrificação e resfriamento adequados. Vazão insuficiente de fluido de vedação ou temperatura excessivamente alta podem causar a evaporação ou vaporização do fluido de vedação, reduzindo a eficácia da vedação. Além disso, impurezas ou contaminantes no fluido de vedação podem entrar na câmara de vedação, prejudicando a lubrificação entre as faces da vedação, acelerando o desgaste e causando vazamentos. A seleção do material e o projeto da vedação mecânica estão diretamente relacionados ao seu desempenho. Se o material da vedação tiver resistência insuficiente à corrosão, ele pode corroer quando exposto ao fluido da bomba, levando à diminuição do desempenho da vedação. Da mesma forma, um projeto inadequado pode causar distribuição desigual de força nas faces da vedação ou problemas relacionados à expansão térmica, resultando em falha da vedação. Portanto, a seleção adequada de materiais e um projeto sólido são fatores cruciais para garantir a estabilidade da vedação mecânica durante a operação normal.

(4) Qualidade da água de resfriamento.A função da água de refrigeração é garantir o controle da temperatura do selo mecânico, prevenindo falhas devido a altas temperaturas. Se a qualidade da água de refrigeração não atender aos padrões, pode ocorrer vazamento no selo mecânico. Se a água de refrigeração contiver impurezas, partículas sólidas, contaminação por óleo ou outros poluentes, pode impactar negativamente o ambiente de trabalho do selo mecânico. Essas impurezas podem entrar na câmara de vedação, causando desgaste nos anéis estacionários e rotativos, reduzindo a suavidade das faces de vedação e, consequentemente, induzindo vazamentos. Simultaneamente, a presença de poluentes pode obstruir o fluxo de água de refrigeração, impedindo que ela dissipe o calor gerado nas faces de vedação de forma eficaz, exacerbando ainda mais o desgaste e o aumento da temperatura. A composição química da água de refrigeração também pode afetar os materiais do selo mecânico. Água de refrigeração com altas concentrações de agentes corrosivos pode acelerar a corrosão dos materiais de vedação, reduzindo sua vida útil. Se os materiais utilizados no selo mecânico não forem resistentes à corrosão, a exposição prolongada a essa água de refrigeração pode levar a trincas, corrosão por pite ou lascamento nas faces de vedação, causando, em última instância, vazamentos. A temperatura da água de refrigeração é crucial para o desempenho da vedação mecânica. Se a temperatura da água de refrigeração estiver muito alta, pode causar amolecimento ou envelhecimento dos materiais da vedação, reduzindo sua elasticidade e eficácia de vedação. Com o aumento da temperatura, os componentes da vedação podem não manter o contato estanque projetado, levando a vazamentos.