المدونة

في هيكل مضخة الطرد المركزييُعدّ مانع التسرب الميكانيكي مكونًا أساسيًا، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا باستقرار تشغيل المعدات وعمرها الافتراضي. وتتمثل وظيفته الأساسية في منع تسرب السوائل من المضخة، مما يضمن تشغيلها بكفاءة عالية. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، غالبًا ما يتأثر مانع التسرب الميكانيكي لمضخات الطرد المركزي بعوامل مثل ظروف التشغيل، وخصائص الوسط، والصيانة التشغيلية، مما يؤدي إلى أعطال. ويؤدي ذلك إلى تلف مانع التسرب، وتسرب المضخة، وحتى توقف المعدات عن العمل، مما يؤثر سلبًا على سلامة الإنتاج وحماية البيئة. لا يؤثر عطل مانع التسرب الميكانيكي لمضخات الطرد المركزي على أداء المعدات وسلامتها فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى ارتفاع تكاليف الصيانة، مما يزيد من نفقات الإنتاج لشركات حقول النفط. لذلك، يُعدّ البحث في أسباب وآليات تلف مانع التسرب الميكانيكي في مضخات الطرد المركزي، واقتراح تدابير وقائية وتحسينية فعّالة، أمرًا بالغ الأهمية لتقليل معدل عطل مانعات التسرب الميكانيكية وإطالة عمرها الافتراضي. انهوى شينغشي داتانغ سأعطيك نظرة عامة.

1. تحليل مبدأ تشغيل مضخة الطرد المركزي

يعتمد تشغيل مضخة الطرد المركزي على معادلة برنولي في ديناميكا الموائع، والتي تنص على أنه في النظام المغلق، تتكون طاقة المائع من طاقة حركية، وطاقة كامنة، وطاقة ضغط، وتُحوّل هذه الأشكال الثلاثة من الطاقة داخل المضخة. المكره وغلاف المضخة هما المكونان الأساسيان لمضخة الطرد المركزي. عندما يدفع المحرك الكهربائي عمود المضخة للدوران، يدور المكره بسرعة عالية، مما يتسبب في حركة دورانية للسائل داخل المضخة. تحت تأثير قوة الطرد المركزي، يندفع السائل من مركز المكره نحو محيطه، مكتسبًا زيادة في كل من الطاقة الحركية وطاقة الضغط. يؤدي هذا التغير في الطاقة الحركية وطاقة الضغط إلى تدفق السائل عبر مخرج غلاف المضخة. ينخفض ​​الضغط في مركز المكره، مكونًا منطقة ضغط منخفض، ويُسحب السائل باستمرار إلى المضخة تحت الضغط الجوي، مما يُشكل عملية نقل سائل مستمرة. يمكن تقسيم تشغيل مضخة الطرد المركزي إلى ثلاث مراحل: سحب السائل، والتسارع، والتفريغ. في مرحلة السحب، يتدفق السائل الخارجي إلى المضخة تحت الضغط الجوي بفضل منطقة الضغط المنخفض المتكونة عند مركز الدافع. في مرحلة التسارع، يتسارع السائل، تحت تأثير قوة الطرد المركزي عبر الدافع، نحو غلاف المضخة. في مرحلة التفريغ، يتباطأ السائل عالي السرعة تدريجيًا عبر الناشر أو الحلزوني، محولًا الطاقة الحركية إلى طاقة ضغط قبل تفريغه من المضخة.

تشمل المكونات الرئيسية لمضخة الطرد المركزي: الدافع، وغلاف المضخة، وعمود المضخة، والمانع التسرب الميكانيكي، والمحامل. الدافع، المصنوع من مواد مثل الحديد الزهر، والفولاذ المقاوم للصدأ، والبلاستيك، هو المكون الأساسي. يُحدد تصميمه مباشرةً معدل تدفق المضخة وضغطها. تؤثر معايير مثل شكل الدافع وحجمه وعدد ريشه وزاويته بشكل كبير على تدفق السائل وكفاءة تحويل الضغط. يحتوي غلاف المضخة، الذي يكون عادةً حلزونيًا، على السائل. تتمثل وظائفه الرئيسية في جمع السائل المُفرّغ من الدافع وتوجيهه إلى مخرج التفريغ. كما يُسهّل الغلاف تحويل الطاقة عن طريق تحويل طاقة السائل الحركية تدريجيًا إلى طاقة ضغط من خلال الانتشار، مما يزيد من ضغط المضخة. ينقل عمود المضخة، المُدار بواسطة المحرك والمتصل بالدافع، الطاقة الميكانيكية من المحرك إلى الدافع، مما يُؤدي إلى دورانه. يجب أن يتمتع عمود المضخة بقوة وصلابة عاليتين لتحمل قوى الطرد المركزي وقوى رد فعل السائل على الدافع. يمنع المانع التسرب الميكانيكي تسرب السوائل عند نقطة التقاء عمود المضخة بالغلاف. يؤثر أداؤه بشكل مباشر على كفاءة المضخة وسلامتها. تدعم المحامل عمود المضخة وتُثبّته، مما يُقلل الاحتكاك والاهتزاز أثناء الدوران، ويضمن تشغيلًا مستقرًا للمضخة.

2. أسباب التسرب في مضخة الطرد المركزي الأختام الميكانيكية

(1) تسرب التشغيل التجريبي. تؤثر دقة تركيب مانع التسرب الميكانيكي بشكل مباشر على فعاليته في الختم. إذا لم تتم محاذاة أسطح الختم بدقة أثناء التركيب أو إذا تم ضبط فجوة السطح بشكل غير صحيح، فقد يحدث تسرب أثناء التشغيل التجريبي. يجب أن تكون الحلقات الثابتة والدوارة مسطحة ومحاذاة أثناء التركيب. قد يؤدي عدم استيفاء هذا المعيار إلى ضعف التلامس بين أسطح الختم، مما يؤدي إلى تكوين فجوات والسماح بتسرب المواد. وبالمثل، يمكن أن يؤدي عدم إحكام الربط وفقًا لمتطلبات التصميم أو الاهتزاز أثناء التركيب إلى عدم محاذاة حلقات الختم، مما يضر بالختم. أثناء مرحلة التشغيل التجريبي، قد لا تكون أسطح الختم مثبتة بالكامل. في ظل التشغيل عالي السرعة والاحتكاك، يمكن أن يؤدي تآكل السطح إلى التسرب. هذا التآكل شائع إذا لم تتم معالجة أسطح الختم مسبقًا أو تشغيلها، حيث تزيد خشونة السطح العالية الأولية من حرارة الاحتكاك، مما يؤدي إلى تفاقم التآكل. يقلل تآكل السطح من سلامة تلامس أسطح الختم، مما يؤدي إلى التسرب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي الارتفاع السريع للغاية في درجة الحرارة أثناء التشغيل التجريبي إلى تمدد حراري غير متساوٍ للأسطح، مما يسرع من التآكل. يمكن أن يؤثر الاهتزاز الناتج أثناء تشغيل المضخة، نتيجةً لتآكل المحمل أو اختلال التوازن أو أي مشاكل ميكانيكية أخرى، على مانع التسرب الميكانيكي، الحساس للاهتزاز. يُسبب الاهتزاز توزيعًا غير متساوٍ للضغط بين أسطح مانع التسرب، مما قد يؤدي إلى عدم محاذاة الحلقات الدوارة والثابتة، وتلف مانع التسرب، وحدوث تسريب. خاصةً أثناء التشغيل التجريبي، قد تؤثر الحركة المفرطة للعمود المحوري أو الانحراف الشعاعي بشكل يفوق المعايير سلبًا على استقرار مكونات مانع التسرب.

(2) تسرب الاختبار الثابت.​ في الأختام الميكانيكية، تُصنع عناصر الختم المساعدة عادةً من مواد مثل المطاط أو PTFE. تؤثر مرونة هذه المواد ومقاومتها للتآكل بشكل كبير على أداء الختم. قد يؤدي اختيار مادة غير مناسبة للأختام المساعدة إلى تسرب أثناء اختبار الضغط الساكن. إذا كانت مادة الختم تفتقر إلى مقاومة التآكل أو تحمل درجة الحرارة، فقد تتشوه تحت ضغط الاختبار الساكن أو درجة الحرارة، مما يفشل في توفير ختم فعال. في الوقت نفسه، يمكن أن يمنع التقدم في السن أو التصلب أو فقدان المرونة بسبب تغيرات درجة الحرارة أسطح الختم من التثبيت بإحكام، مما يتسبب في حدوث تسرب. أثناء الاختبار الساكن، يجب ألا يتقلب الضغط داخل حجرة الختم بشكل كبير. وإلا، فقد يتسبب الضغط غير المتساوي على أسطح الختم في حدوث تسرب. تُجرى الاختبارات الساكنة عادةً عند ضغوط أعلى قليلاً من ضغط التشغيل للتحقق من سلامة الختم. ومع ذلك، إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا أو مطبقًا بشكل غير متساوٍ، فقد تتلف مكونات الختم، مما يؤثر على التلامس بين الحلقات الثابتة والدوارة ويسبب التسرب. خاصةً أثناء الاختبارات الساكنة، إذا كانت درجة حرارة السائل مرتفعة، فقد يُسبب التمدد الحراري داخل حجرة الختم تقلبات في الضغط، مما يؤدي إلى إحكام غير كافٍ. تُعدّ أسطح الختم، المصنوعة غالبًا من مواد مقاومة للتآكل وعالية القوة مثل كربيد السيليكون أو السيراميك، بالغة الأهمية. في حال تعرضها لضغط زائد أثناء التركيب أو الاختبار الساكن، فقد يحدث تشوه طفيف، مما يؤثر على قدرة الأسطح على الالتحام بشكل صحيح.

(3) التسرب التشغيلي. قد تتغير ظروف تشغيل مضخة الطرد المركزي بتغير حالتها التشغيلية. تؤثر التغيرات في درجة حرارة السائل أو ضغطه أو معدل تدفقه على أداء مانع التسرب. عندما تتجاوز ظروف التشغيل حدود تصميم مانع التسرب - مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الضغط بشكل مفرط - قد تتدهور خصائص مكونات مانع التسرب، مما يؤدي إلى تلفه. ويزداد احتمال حدوث تسرب بشكل خاص أثناء تقلبات التدفق العابرة أو في ظل ظروف تحميل شديدة التقلب. تعتمد مانعات التسرب الميكانيكية غالبًا على وجود سائل مانع للتسرب لتوفير التزييت والتبريد المناسبين. قد يؤدي نقص تدفق سائل مانع التسرب أو ارتفاع درجة حرارته بشكل مفرط إلى تبخره أو تبخره، مما يقلل من فعالية مانع التسرب. علاوة على ذلك، قد تدخل الشوائب أو الملوثات الموجودة في سائل مانع التسرب إلى حجرة مانع التسرب، مما يضعف التزييت بين أسطحه، ويسرع التآكل، ويسبب التسرب. يرتبط اختيار مادة مانع التسرب الميكانيكي وتصميمه ارتباطًا مباشرًا بأدائه. إذا كانت مادة مانع التسرب غير مقاومة للتآكل، فقد تتآكل عند تعرضها لسائل المضخة، مما يؤدي إلى انخفاض أداء مانع التسرب. وبالمثل، قد يُسبب التصميم السيئ توزيعًا غير متساوٍ للقوة على أسطح الختم أو مشاكل تتعلق بالتمدد الحراري، مما يؤدي إلى تلفه. لذلك، يُعدّ اختيار المواد المناسبة والتصميم السليم عاملين أساسيين لضمان استقرار الختم الميكانيكي أثناء التشغيل العادي.

(4) جودة مياه التبريد.دور مياه التبريد هو ضمان التحكم في درجة حرارة مانع التسرب الميكانيكي، ومنع تلفه نتيجة ارتفاع درجات الحرارة. إذا لم تكن جودة مياه التبريد مطابقة للمعايير، فقد يؤدي ذلك إلى تسربها. إذا احتوت مياه التبريد على شوائب، أو جزيئات صلبة، أو تلوث زيتي، أو ملوثات أخرى، فقد يؤثر ذلك سلبًا على بيئة عمل مانع التسرب. قد تدخل هذه الشوائب إلى حجرة مانع التسرب، مسببةً تآكل الحلقات الثابتة والدوارة، مما يقلل من نعومة أسطح مانع التسرب، وبالتالي يُسبب التسرب. في الوقت نفسه، قد يُعيق وجود الملوثات تدفق مياه التبريد، ويمنعها من امتصاص الحرارة المتولدة على أسطح مانع التسرب بفعالية، مما يزيد من تفاقم التآكل وارتفاع درجة الحرارة. كما يؤثر التركيب الكيميائي لمياه التبريد على مواد مانع التسرب الميكانيكي. يمكن لمياه التبريد التي تحتوي على تركيزات عالية من العوامل المسببة للتآكل أن تُسرّع تآكل مواد مانع التسرب، مما يُقلل من عمرها الافتراضي. إذا لم تكن المواد المستخدمة في مانع التسرب الميكانيكي مقاومة للتآكل، فقد يؤدي التعرض المطول لمياه التبريد هذه إلى تشققات، أو نقر، أو تقشر على أسطح مانع التسرب، مما يؤدي في النهاية إلى تسرب. تُعد درجة حرارة مياه التبريد عاملاً حاسماً في أداء المانع التسرب الميكانيكي. فإذا كانت درجة حرارة مياه التبريد مرتفعة للغاية، فقد يؤدي ذلك إلى تليين أو شيخوخة مواد المانع التسرب، مما يقلل من مرونتها وفعاليتها في الختم. ومع ارتفاع درجة الحرارة، قد لا تحافظ مكونات المانع التسرب على الالتصاق المُحكم المُصمم لها، مما يؤدي إلى التسرب.