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Dans la structure d'une pompe centrifugeLa garniture mécanique est un composant essentiel, directement lié au bon fonctionnement et à la durée de vie de l'équipement. Sa fonction principale est d'empêcher les fuites de fluide de la pompe, garantissant ainsi son fonctionnement normal et son rendement. Cependant, en pratique, la garniture mécanique des pompes centrifuges est souvent affectée par des facteurs tels que les conditions de fonctionnement, les caractéristiques du fluide et la maintenance, ce qui peut entraîner des défaillances. Il en résulte des dommages à la garniture, des fuites de la pompe, voire l'arrêt de l'équipement, ce qui nuit à la sécurité de la production et à la protection de l'environnement. La défaillance de la garniture mécanique d'une pompe centrifuge affecte non seulement les performances et la sécurité de l'équipement, mais engendre également des coûts de maintenance élevés, augmentant ainsi les dépenses de production des entreprises pétrolières. Par conséquent, la recherche des causes et des mécanismes de défaillance des garnitures mécaniques des pompes centrifuges, ainsi que la proposition de mesures de prévention et d'amélioration efficaces, revêtent une importance capitale pour réduire le taux de défaillance des garnitures mécaniques et prolonger leur durée de vie. Anhui Shengshi Datang vous donnera un aperçu.

1. Analyse du principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge

Le fonctionnement d'une pompe centrifuge repose sur l'équation de Bernoulli en dynamique des fluides, qui stipule que dans un système fermé, l'énergie d'un fluide se compose d'énergie cinétique, d'énergie potentielle et d'énergie de pression. Ces trois formes d'énergie sont converties au sein de la pompe. Les principaux composants d'une pompe centrifuge sont la roue et le corps de pompe. Lorsque le moteur électrique entraîne la rotation de l'arbre de la pompe, la roue tourne à grande vitesse, induisant un mouvement de rotation du liquide à l'intérieur de la pompe. Sous l'effet de la force centrifuge, le liquide est projeté du centre de la roue vers sa périphérie, ce qui augmente son énergie cinétique et son énergie de pression. Cette variation d'énergie provoque l'écoulement du liquide par la sortie du corps de pompe. La pression au centre de la roue diminue, créant une zone de basse pression, et le liquide est continuellement aspiré dans la pompe à la pression atmosphérique, assurant ainsi un transport continu de liquide. Le fonctionnement d'une pompe centrifuge se divise en trois étapes : l'aspiration, l'accélération et le refoulement du liquide. Lors de l'aspiration, la zone de basse pression formée au centre de la roue permet au liquide extérieur de pénétrer dans la pompe à pression atmosphérique. Lors de l'accélération, le liquide, sous l'effet de la force centrifuge due à la roue, est propulsé vers le corps de pompe. Lors du refoulement, le liquide, initialement à grande vitesse, est progressivement ralenti par le diffuseur ou la volute, convertissant son énergie cinétique en énergie de pression avant d'être évacué de la pompe.

Les principaux composants d'une pompe centrifuge sont la roue, le corps de pompe, l'arbre, la garniture mécanique et les paliers. La roue, généralement en fonte, en acier inoxydable ou en plastique, est l'élément central. Sa conception détermine directement le débit et la hauteur manométrique de la pompe. Des paramètres tels que la forme, la taille, le nombre et l'angle des pales de la roue influencent considérablement le débit et le rendement de conversion de pression. Le corps de pompe, généralement en forme de volute, contient le fluide. Ses principales fonctions sont de recueillir le liquide refoulé par la roue et de le diriger vers l'orifice de refoulement. Le corps de pompe contribue également à la conversion d'énergie en transformant progressivement l'énergie cinétique du liquide en énergie de pression par diffusion, augmentant ainsi la hauteur manométrique de la pompe. L'arbre, entraîné par le moteur et relié à la roue, transmet l'énergie mécanique du moteur à la roue, la faisant tourner. L'arbre doit présenter une résistance et une rigidité élevées pour supporter les forces centrifuges et les forces de réaction du liquide sur la roue. Le joint mécanique empêche les fuites de liquide au point de contact entre l'arbre et le corps de pompe. Son efficacité influe directement sur le rendement et la sécurité de la pompe. Les paliers supportent et fixent l'arbre de pompe, réduisant ainsi les frottements et les vibrations lors de la rotation et assurant un fonctionnement stable.

2. Causes des fuites dans Pompe centrifuge Joints mécaniques

(1) Fuite lors des essais. La précision d'installation de la garniture mécanique influe directement sur son étanchéité. Un mauvais alignement des faces d'étanchéité lors de l'installation ou un jeu mal réglé peuvent entraîner des fuites pendant les essais. Les bagues fixe et mobile doivent être planes et alignées lors de l'installation. Le non-respect de cette consigne peut engendrer un mauvais contact entre les faces d'étanchéité, créant des jeux et provoquant des fuites de fluide. De même, un serrage incorrect par rapport aux spécifications ou des vibrations lors de l'installation peuvent entraîner un désalignement des bagues d'étanchéité et compromettre l'étanchéité. Pendant la phase d'essai, les faces d'étanchéité peuvent ne pas être complètement rodées. En fonctionnement à haute vitesse et sous l'effet du frottement, l'usure des faces peut provoquer des fuites. Cette usure est fréquente si les faces d'étanchéité n'ont pas été prétraitées ou rodées, car une rugosité de surface initiale élevée augmente la chaleur de frottement, exacerbant l'usure. L'usure des faces réduit l'intégrité du contact des surfaces d'étanchéité, ce qui entraîne des fuites. De plus, une élévation de température trop rapide pendant les essais peut provoquer une dilatation thermique irrégulière des faces, accélérant l'usure. Les vibrations générées pendant le fonctionnement de la pompe, dues à l'usure des roulements, à un déséquilibre ou à d'autres problèmes mécaniques, peuvent affecter la garniture mécanique, qui est sensible aux vibrations. Les vibrations provoquent une répartition inégale de la pression entre les faces d'étanchéité, ce qui peut entraîner un désalignement des bagues rotative et fixe, une défaillance du joint et des fuites. En particulier lors des essais, un mouvement axial excessif de l'arbre ou un faux-rond radial hors normes peuvent nuire à la stabilité des composants du joint.

(2) Fuite lors du test statique. Dans les garnitures mécaniques, les éléments d'étanchéité auxiliaires sont généralement fabriqués à partir de matériaux tels que le caoutchouc ou le PTFE. L'élasticité et la résistance à la corrosion de ces matériaux influent considérablement sur les performances d'étanchéité. Un choix inapproprié de matériau pour les joints auxiliaires peut entraîner des fuites lors des essais de pression statique. Si le matériau du joint manque de résistance à la corrosion ou de tolérance aux températures élevées, il peut se déformer sous la pression ou la température d'essai statique, compromettant ainsi l'étanchéité. Parallèlement, le vieillissement, le durcissement ou la perte d'élasticité due aux variations de température peuvent empêcher un ajustement précis des faces d'étanchéité, provoquant des fuites. Lors des essais statiques, la pression à l'intérieur de la chambre d'étanchéité ne doit pas fluctuer de manière significative. Dans le cas contraire, une pression inégale sur les faces d'étanchéité peut engendrer des fuites. Les essais statiques sont généralement effectués à des pressions légèrement supérieures à la pression de service afin de vérifier l'intégrité du joint. Cependant, si la pression est trop élevée ou appliquée de manière inégale, les composants du joint peuvent être endommagés, compromettant le contact entre les bagues fixe et mobile et provoquant des fuites. En particulier, lors des essais statiques, si la température du liquide est élevée, la dilatation thermique à l'intérieur de la chambre d'étanchéité peut entraîner des fluctuations de pression, conduisant à une étanchéité insuffisante. Les faces d'étanchéité, souvent constituées de matériaux résistants à l'usure et à haute résistance comme le carbure de silicium ou la céramique, sont essentielles. Soumises à une pression excessive lors de l'installation ou des essais statiques, de légères déformations peuvent survenir, compromettant ainsi leur étanchéité.

(3) Fuites opérationnelles. Les conditions de fonctionnement d'une pompe centrifuge peuvent varier en fonction de son état de fonctionnement. Les variations de température, de pression ou de débit du fluide peuvent toutes affecter les performances du joint. Lorsque les conditions de fonctionnement dépassent les limites de conception du joint (par exemple, une température ou une pression excessivement élevées), les propriétés des matériaux de ses composants peuvent se dégrader, entraînant une défaillance du joint. Les fuites sont particulièrement probables lors de fluctuations transitoires du débit ou sous des conditions de charge très variables. Les joints mécaniques dépendent souvent de la présence d'un fluide d'étanchéité pour une lubrification et un refroidissement adéquats. Un débit de fluide insuffisant ou une température excessivement élevée peuvent provoquer l'évaporation du fluide, réduisant ainsi l'efficacité de l'étanchéité. De plus, des impuretés ou des contaminants présents dans le fluide peuvent pénétrer dans la chambre du joint, altérant la lubrification entre les faces du joint, accélérant l'usure et provoquant des fuites. Le choix des matériaux et la conception du joint mécanique sont directement liés à ses performances. Si le matériau du joint présente une résistance à la corrosion insuffisante, il peut se corroder au contact du fluide de la pompe, ce qui entraîne une diminution des performances d'étanchéité. De même, une conception inadéquate peut entraîner une répartition inégale des forces sur les faces d'étanchéité ou des problèmes liés à la dilatation thermique, provoquant ainsi une défaillance du joint. Par conséquent, le choix approprié des matériaux et une conception rigoureuse sont des facteurs essentiels pour garantir la stabilité du joint mécanique en fonctionnement normal.

(4) Qualité de l'eau de refroidissement.Le rôle de l'eau de refroidissement est d'assurer la régulation de la température du joint mécanique, évitant ainsi les défaillances dues aux hautes températures. Une eau de refroidissement de qualité non conforme aux normes peut provoquer des fuites au niveau du joint. La présence d'impuretés, de particules solides, d'huile ou d'autres polluants dans l'eau de refroidissement peut nuire à l'environnement de fonctionnement du joint. Ces impuretés peuvent pénétrer dans la chambre du joint, provoquant l'usure des bagues fixes et mobiles, réduisant la rugosité des faces d'étanchéité et induisant ainsi des fuites. Parallèlement, la présence de polluants peut obstruer la circulation de l'eau de refroidissement, l'empêchant d'évacuer efficacement la chaleur générée au niveau des faces d'étanchéité et aggravant ainsi l'usure et l'élévation de température. La composition chimique de l'eau de refroidissement peut également affecter les matériaux du joint. Une eau de refroidissement contenant de fortes concentrations d'agents corrosifs peut accélérer la corrosion des matériaux du joint et réduire leur durée de vie. Si les matériaux utilisés dans le joint ne sont pas résistants à la corrosion, une exposition prolongée à une telle eau de refroidissement peut entraîner des fissures, des piqûres ou un écaillage des faces d'étanchéité, provoquant finalement des fuites. La température de l'eau de refroidissement est cruciale pour le bon fonctionnement du joint mécanique. Une température trop élevée peut entraîner un ramollissement ou un vieillissement des matériaux du joint, réduisant ainsi leur élasticité et leur efficacité d'étanchéité. À mesure que la température augmente, les composants du joint risquent de ne plus assurer un contact étanche optimal, ce qui peut provoquer des fuites.