كيفية الاستجابة لتسرب الختم الميكانيكي في مضخة الطرد المركزي

لفهم تسرب مضخة الطرد المركزي، من المهم أولاً فهم آلية عملها الأساسية. عندما يدخل التدفق عبر عين الدافع ويصعد عبر ريش الدافع، يكون ضغط السائل وسرعته منخفضين. عندما يمر التدفق عبر الحلزون، يزداد الضغط وتزداد السرعة. ثم يخرج التدفق عبر التفريغ، وعند هذه النقطة يكون الضغط مرتفعًا لكن السرعة تتباطأ. يجب أن يخرج التدفق الداخل إلى المضخة من المضخة. تُضفي المضخة ضغطًا، مما يزيد من طاقة سائل المضخة.

إن فشل بعض مكونات مضخة الطرد المركزي، مثل الوصلات والمفاصل الهيدروليكية والثابتة والمحامل، من شأنه أن يتسبب في فشل النظام بأكمله، ولكن ما يقرب من تسعة وستين بالمائة من جميع حالات فشل المضخة تنتج عن خلل في جهاز الختم.

الحاجة إلى الأختام الميكانيكية

ختم ميكانيكيهو جهاز يُستخدم للتحكم في التسرب بين عمود دوار ووعاء مملوء بالسائل أو الغاز. وتتمثل مهمته الرئيسية في التحكم في التسرب. جميع الأختام تتسرب، ويجب أن تكون كذلك للحفاظ على طبقة سائلة تغطي سطح الختم الميكانيكي بالكامل. يكون التسرب الخارج من الجانب الجوي منخفضًا نسبيًا؛ على سبيل المثال، يُقاس التسرب في الهيدروكربونات بجهاز قياس المركبات العضوية المتطايرة (VOC) بوحدة جزء/مليون.

قبل تطوير الأختام الميكانيكية، كان المهندسون عادةً يُغلّفون المضخة بحشوة ميكانيكية. الحشوة الميكانيكية، وهي مادة ليفية مُشبّعة عادةً بمادة تشحيم مثل الجرافيت، كانت تُقطّع إلى أجزاء وتُحشى فيما يُسمى "صندوق الحشو". ثم تُضاف غدة حشو إلى الجانب الخلفي لحشو كل شيء. ولأن الحشوة مُلامسة مباشرةً للعمود، فإنها تتطلب تزييتًا، ولكنها تُقلّل من قوة المحرك.

عادةً ما تسمح "حلقة الفانوس" برشّ ماء التنظيف على الحشوة. هذا الماء، اللازم لتزييت وتبريد العمود، يتسرب إما إلى العملية أو إلى الغلاف الجوي. بناءً على تطبيقك، قد تحتاج إلى:

• قم بتوجيه مياه التنظيف بعيدًا عن العملية لتجنب التلوث.
• منع مياه التنظيف من التجمع على الأرض (الرش الزائد)، وهو أمر يثير قلق إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) واهتمام التدبير المنزلي.
• حماية صندوق المحمل من مياه التنظيف، والتي يمكن أن تلوث الزيت وتؤدي في النهاية إلى فشل المحمل.

كما هو الحال مع أي مضخة، ستحتاج إلى اختبار مضختك لمعرفة التكاليف السنوية اللازمة لتشغيلها. قد تكون مضخة التعبئة معقولة التكلفة من حيث التركيب والصيانة، ولكن إذا حسبت عدد جالونات المياه التي تستهلكها في الدقيقة أو سنويًا، فقد تُفاجأ بالتكلفة. أما مضخة الختم الميكانيكي، فقد توفر لك الكثير من التكاليف السنوية.

نظرًا للهندسة العامة للختم الميكانيكي، في أي مكان يوجد به حشية أو حلقة O، ينتج عنه نقطة تسرب محتملة:

• حلقة (أو حشية) ديناميكية متآكلة أو مهترئة أو متآكلة أثناء تحرك الختم الميكانيكي.
• الأوساخ أو التلوث بين الأختام الميكانيكية.
• عملية خارج التصميم داخل الأختام الميكانيكية.

خمسة أنواع من أعطال أجهزة الختم

إذا أظهرت مضخة الطرد المركزي تسربًا غير منضبط، فيجب عليك التحقق جيدًا من جميع الأسباب المحتملة لتحديد ما إذا كنت بحاجة إلى إصلاحات أو تركيب جديد.

1. الأعطال التشغيلية

إهمال أفضل نقطة كفاءة: هل تُشغّل المضخة عند أفضل نقطة كفاءة (BEP) على منحنى الأداء؟ صُممت كل مضخة بنقطة كفاءة محددة. عند تشغيل المضخة خارج تلك النقطة، تُسبب مشاكل في التدفق تُؤدي إلى تعطل النظام.

رأس الشفط الإيجابي الصافي غير الكافي (NPSH): إذا لم يكن لديك رأس شفط كافٍ لمضختك، فقد تصبح المجموعة الدوارة غير مستقرة، مما يتسبب في حدوث تجويف، ويؤدي إلى فشل الختم.

التشغيل بدون رأس:إذا ضبطتَ صمام التحكم على مستوى منخفض جدًا بحيث لا يسمح بخنق المضخة، فقد يؤدي ذلك إلى اختناق التدفق. يؤدي اختناق التدفق إلى إعادة تدوير السائل داخل المضخة، مما يُولّد حرارةً ويُؤدي إلى تلف الختم.

التشغيل الجاف وسوء تهوية الختم: المضخة الرأسية هي الأكثر عرضة للخطر، لأن الختم الميكانيكي موضوع في الأعلى. في حال عدم وجود تهوية جيدة، قد يعلق الهواء حول الختم، ولن يتمكن من تفريغ صندوق التعبئة. وسيتلف الختم الميكانيكي قريبًا إذا استمرت المضخة في العمل بهذه الحالة.

هامش بخار منخفض:هذه سوائل وامضة؛ فالهيدروكربونات الساخنة تومض عند تعرضها للظروف الجوية. عند مرور طبقة السائل عبر المانع التسرب الميكانيكي، قد تومض على الجانب الجوي مسببةً عطلًا. يحدث هذا العطل غالبًا في أنظمة تغذية الغلايات - حيث تومض المياه الساخنة عند درجة حرارة تتراوح بين 250 و280 درجة فهرنهايت مع انخفاض الضغط عبر أسطح المانع التسرب.

2. الأعطال الميكانيكية

يمكن أن يُسهم سوء محاذاة العمود، وعدم توازن الوصلات، وعدم توازن المكره في أعطال المانع التسرب الميكانيكي. بالإضافة إلى ذلك، بعد تركيب المضخة، إذا كانت الأنابيب غير محاذية ومثبتة بها، فسيؤدي ذلك إلى إجهادها بشكل كبير. يجب عليك أيضًا تجنب قاعدة سيئة: هل القاعدة مُحكمة؟ هل تم حشوها بشكل صحيح؟ هل قاعدة المضخة لينة؟ هل تم تثبيتها بشكل صحيح؟ وأخيرًا، افحص المحامل. إذا قلّت قدرة تحمل المحامل، فستتحرك الأعمدة وتُسبب اهتزازات في المضخة.

3. فشل مكونات الختم

هل لديك زوج جيد من مواد الاحتكاك (دراسة الاحتكاك)؟ هل اخترتَ تركيبات الواجهات المناسبة؟ ماذا عن جودة مادة سطح الختم؟ هل موادك مناسبة لتطبيقك المحدد؟ هل اخترتَ أختامًا ثانوية مناسبة، مثل الحشيات والحلقات الدائرية، مُجهّزة لمقاومة المواد الكيميائية والحرارة؟ يجب ألا تكون نوابضك مسدودة أو منفاخك متآكلًا. وأخيرًا، انتبه لتشوهات السطح الناتجة عن الضغط أو الحرارة، لأن الختم الميكانيكي تحت ضغط كبير سينحني، وقد يُسبب الشكل المائل تسربًا.

4. فشل تصميم النظام

تحتاج إلى نظام تدفق مناسب لمانع التسرب، بالإضافة إلى تبريد كافٍ. تحتوي الأنظمة المزدوجة على سوائل حاجزة؛ ويجب أن يكون وعاء مانع التسرب المساعد في الموقع المناسب، مع الأجهزة والأنابيب المناسبة. يجب مراعاة طول الأنبوب المستقيم عند السحب - فبعض أنظمة المضخات القديمة، التي كانت تأتي غالبًا على شكل زلاجة مُجمّعة، تتضمن كوعًا بزاوية 90 درجة عند السحب قبل دخول التدفق إلى عين الدافع. يُسبب هذا الكوع تدفقًا مضطربًا يُسبب عدم استقرار في المجموعة الدوارة. يجب أيضًا تصميم جميع أنابيب السحب/التفريغ والتحويل بشكل صحيح، خاصةً إذا تم إصلاح بعض الأنابيب في مرحلة ما على مر السنين.

5. كل شيء آخر

تُمثل عوامل أخرى متنوعة حوالي 8% فقط من جميع حالات الفشل. على سبيل المثال، قد يلزم أحيانًا وجود أنظمة مساعدة لتوفير بيئة تشغيل مناسبة لمانع التسرب الميكانيكي. للإشارة إلى الأنظمة المزدوجة، يلزم وجود سائل مساعد يعمل كحاجز يمنع التلوث أو تسرب سوائل المعالجة إلى البيئة. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم المستخدمين، فإن معالجة إحدى الفئات الأربع الأولى ستوفر الحل الذي يحتاجونه.

خاتمة

تُعدّ الأختام الميكانيكية عاملاً رئيسياً في موثوقية المعدات الدوارة. فهي مسؤولة عن التسريبات وأعطال النظام، ولكنها تُشير أيضاً إلى وجود مشاكل قد تُسبب أضراراً جسيمة لاحقاً. تتأثر موثوقية الأختام بشكل كبير بتصميمها وبيئة التشغيل.