Zastavte selhání těsnění v chemických aplikacích
Bezucpávková odstředivá čerpadla s magnetickou spojkou se stala populárnější mezi koncovými uživateli v chemickém průmyslu. Magnety vzácných zemin snížily náklady spojené s magnetickými spojkami snížením hmotnosti magnetu a požadovaného výkonu. Tato inovace snížila náklady na spojku a celkové provozní náklady.
Selhání těsnění je jednou z nejčastějších příčin údržby a prostojů čerpadla. Pokud těsnění selže, kapalina uniká podél hřídele, která spojuje motor s oběžným kolem. I když je plánována údržba, čerpadlo musí být vyřazeno z provozu, aby bylo možno vyměnit těsnění.
Zatímco technologie mechanické ucpávky se postupem času zdokonalovala, inovace často vyžadují další vybavení. Dvojité mechanické ucpávky, buď zády k sobě nebo v tandemu, jsou běžné pro drsné podmínky, jako je chemické čerpání.
Udržování bariérové kapaliny v těchto konstrukcích často znamená nákup nádrží na bariérovou kapalinu, ovládacích prvků a dokonce i dalších čerpadel. Plynová těsnění jsou další možností, ale také vyžadují podpůrné vybavení, které představuje riziko selhání.
Zpočátku koncoví uživatelé uvažovali pouze o bezucpávkových čerpadlech při manipulaci s nebezpečnými kapalinami. Počáteční náklady na magneticky vázané čerpadlo daleko převyšovaly konvenčně utěsněnou konstrukci. Postupem času se však provozovatelé začali více zajímat o celkové náklady na vlastnictví než o předběžné kapitálové výdaje.
Magneticky vázaná čerpadla začala vykazovat skutečnou nákladovou výhodu. Bezucpávkové konstrukce nahradily mechanicky utěsněná čerpadla, která vyžadovala každoroční demontáž kvůli údržbě. Servisní intervaly a střední doba mezi poruchami prodloužena. Snížily se emise a zlepšila se bezpečnost.
Provozovatelé nyní uvažují o bezucpávkových čerpadlech pro služby, které by ještě před několika lety neměli – zdravotně nezávadné aplikace, jejichž utěsnění je stále obtížné a nákladné.
U odstředivých čerpadel přenáší hřídel točivý moment z motoru na oběžné kolo. Těsnění zabraňuje unikání čerpané kapaliny dolů hřídelí. Těsnění obsahuje dvě části, jednu stacionární a druhou rotační. Těsnicí plochy jsou obvykle vyrobeny z uhlíku, karbidu wolframu nebo karbidu křemíku (SiC).
V magnetickém bezucpávkovém čerpadle točivý moment motoru otáčí nosičem magnetu nebo hnacími magnety. Točivý moment je přenášen přes ochranný obal na vnitřní magnet nebo poháněný magnet. Magnet dodává točivý moment na oběžné kolo. Magnetické pole vytváří vířivé proudy, když prochází kovovou nádobou. Keramické pláště zabraňují vířivým proudům, ale mohou obsahovat pouze omezený tlak. Tyto vířivé proudy vytvářejí teplo přímo mezi magnety a toto teplo se musí odvádět.
Obrázek 1. Detailní vnitřní cirkulační průtoková cesta pro čerpadlo se zadním oběžným kolem umožňuje zvýšení tlaku před vstupem tepla. (Obrázky a grafika s laskavým svolením Dickow)
Průtokové cesty – kombinace průchodů skrz hřídel čerpadla, pouzdro nebo obojí – odvádějí teplo v čerpané kapalině. Kapalina putuje z výtlaku čerpadla k poháněnému magnetu a zpět buď do sání nebo výtlaku. Kapalina může ovlivnit čistou kladnou sací výšku, pokud se vrací na sací konec.
Zadní oběžné kolo na hnaném magnetu udržuje kapalinu pod vyšším tlakem poté, co absorbuje teplo z vířivých proudů. Tlak chrání těkavé kapaliny před blikáním po přidání tepla do nádoby. Zadní oběžné kolo eliminuje potřebu užitkového chlazení nebo nákladného potrubí pro návrat kapaliny do sací nádrže.
Obrázek 2. Detailní vnitřní cirkulační průtoková cesta pro čerpadlo se vstřikovacími otvory oběžného kola umožňuje, aby kapalina zůstala nad sacím tlakem.
Obrázek 1. Bezucpávková čerpadla dodávají točivý moment na oběžné kolo prostřednictvím řady magnetů v ochranném obalu. Čerpaná kapalina odvádí teplo generované magnety během provozu.
U bezucpávkových čerpadel je vyvážení tahu na mokrém konci životně důležité. Mokrý konec plave, takže pouzdra hřídele a pouzdrová ložiska musí zvládnout radiální tah od oběžného kola a rotujícího mokrého konce. Stabilní tekutinový film a hydrodynamická síla podporují sestavu hřídele. Kapalina nemaže ložiska, protože nepřicházejí do styku.
Axiální tahové zatížení může představovat riziko při poruchách systému. Mokrý konec je navržen tak, aby snižoval axiální sílu z čerpadla, ale při změnách systému se často používají spouštěcí kroužky nebo axiální axiální ložiska. Když se mezera mezi spouštěcím kroužkem a protilehlým povrchem uzavře, síla z druhého spouštěcího kroužku se zvýší. Pokud dojde k náhlému nárůstu sacího tlaku, mezera předního spouštěcího kroužku se zavře a mezera zadního spouštěcího kroužku se otevře. Čerpadlo automaticky vytváří vyrovnávací sílu ve směru sání čerpadla. Při spárování s ložiskovými plochami SiC tato konstrukce umožňuje, aby mokrý konec neměl žádné díly, které by byly považovány za díly běžné údržby.
Stále více koncových uživatelů instaluje bezucpávková čerpadla pro chemické aplikace. Snížené náklady na magnetické spojky činí z této technologie dostupnou volbu pro nebezpečné kapaliny.
Opotřebovací plocha pouzder hřídele, pouzdrových ložisek a spouštěcích kroužků je běžně vyrobena z uhlíku nebo SiC. Díky tvrdosti, opotřebení a tepelné toleranci SiC je vhodný pro téměř jakoukoli aplikaci. Povlak podobný diamantovému prachu na povrchu SiC zvyšuje kluznost a prodlužuje životnost v případě, že je narušen tok kapaliny a stabilní film.
Výrobci bezucpávkových čerpadel používají pro smáčené části několik materiálů, od litiny po slitiny niklu, v závislosti na službě. Některé běžné materiály zahrnují tvárnou litinu, uhlíkovou ocel, nerezovou ocel 316 a duplexní nerezovou ocel. Smáčené plochy, dokonce i celá čerpadla, se nyní vyrábí z termoplastů. Tyto materiály fungují dobře při čerpání korozivních kapalin, ale narážejí na vážná omezení ve vysokotlakých nebo vysokoteplotních aplikacích.
Náročné aplikace často vyžadují netradiční přístup. Při výběru čerpadel pro chemické a petrochemické zpracování by manažeři zařízení měli mít otevřenou mysl ohledně toho, jak nejlépe čelit výzvám těsnění a údržby čerpadel. Bezucpávková čerpadla zlepšují spolehlivost, prodlužují střední dobu mezi poruchami a snižují celkové náklady na vlastnictví. Tato technologie může mít významný dopad na úspory a bezpečnost v jakémkoli zařízení, bez ohledu na aplikaci.