Teste de vedação do material de preenchimento macio do conjunto da bomba d’água

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【Palavras-chave】Bombas e válvulas, testes de vedação 【Resumo do artigo】Testes de vedação com material de preenchimento macio em conjuntos de bombas de água. A vedação por meio de material de preenchimento possui vantagens como disponibilidade ampla do material, facilidade de processamento, baixo custo, vedação confiável e operação simples, sendo, portanto, amplamente utilizada. Nos últimos anos, com o desenvolvimento dos selantes, os selos de tipo “packing” melhoraram significativamente em termos de materiais, estrutura e diversas outras características. Por isso, eles são utilizados de forma mais ampla na indústria mecânica, trazendo bons resultados econômicos. 1 Mecanismo de funcionamento da vedação com material de preenchimento Na indústria mecânica, a vedação com material de preenchimento é utilizada principalmente como vedação dinâmica. É frequentemente utilizado para selar os eixos de bombas centrífugas, compressores, bombas a vácuo e misturadores. Na escolha do tipo de selo de recheio, as condições de funcionamento da máquina devem ser levadas em consideração. O recheio escolhido deve possuir as seguintes características: (1) Deve ter certa plasticidade, de modo que, sob a ação da força de compressão, seja capaz de gerar uma força radial que permita o contato com o eixo. (2) Possui estabilidade química suficiente, não contamina o meio em que está inserido; o material de preenchimento não incha devido ao meio, o agente de impregnação presente no material de preenchimento não é dissolvido pelo meio, e o próprio material de preenchimento não corrói as superfícies de vedação. (3) O material de preenchimento possui boa capacidade de autolubrificação, é resistente ao desgaste e tem um coeficiente de atrito baixo. (4) Quando há um pequeno deslocamento no eixo, o material de preenchimento deve ter elasticidade suficiente para se adaptar a isso. (5) Fabricação simples e fácil de preencher. Por isso, é necessário ajustar constantemente o grau de compactação do material de preenchimento, de modo que, após a perda de lubrificante ao longo do tempo de uso, seja possível injetar mais lubrificante, compensando assim a redução da pressão causada pelas mudanças de volume do material de preenchimento. É claro que, ao espremer constantemente o material de preenchimento, ele acabará se esgotando, portanto, é necessário substituí-lo regularmente. Além disso, para manter a camada líquida e remover o calor gerado pelo atrito, é necessário permitir uma pequena vazão no local onde está o material de preenchimento. 2 Problemas relacionados ao uso de embaçadeiras de gaxa em bombas d’água. Geralmente, os selos do eixo das bombas d’água são feitos com embaçadeiras de amianto imersas em óleo ou com embaçadeiras de algodão imersas em óleo. A junta de amianto imerso em óleo possui vantagens como resistência ao calor, boa flexibilidade e alta resistência. No entanto, ela também tem desvantagens fatais: sua superfície fica áspera após ser trançada, o coeficiente de atrito é alto, pode haver vazamentos, e, com o tempo de uso, o lubrificante presente nela tende a se perder. A junta de algodão impregnado em óleo torna-se muito dura quando submetida a imersão prolongada em água, e, devido ao seu alto coeficiente de expansão, gera uma fricção maior. Na produção real, ocorre frequentemente a seguinte situação: os equipamentos recém-construídos, no início de seu funcionamento, apresentam um bom estado de selagem dos eixos. No entanto, após algum tempo, o volume de vazamentos aumenta progressivamente. As tarefas de ajuste das abraçadeiras e substituição dos materiais de vedação tornam-se cada vez mais frequentes. Em menos de um ciclo de funcionamento, o revestimento do eixo já está desgastado até assumir a forma de um vaso. Em casos graves, o revestimento do eixo pode até se quebrar. Além disso, os materiais de vedação localizados atrás do anel de vedação também se deterioram, perdendo assim sua capacidade de selar. Em geral, o material de vedação em forma de nó tem as seguintes desvantagens: (1) O material de vedação entra em contato direto com o eixo e gira em relação a ele, o que causa desgaste tanto no eixo quanto no bucha. Por isso, é necessário substituir a bucha periodicamente ou de tempos em tempos. (2) Para que o calor gerado pelo atrito entre a junta e o eixo ou bucha seja dissipado rapidamente, a vedação feita pela junta precisa permitir uma certa quantidade de vazamento, o que dificulta seu controle. (3) A fricção entre o anel de vedação e o eixo ou bucha do eixo faz com que a potência efetiva do motor diminua, o que resulta em consumo excessivo de energia elétrica. Às vezes, essa perda pode chegar a uma proporção surpreendente de 5% a 10%. Em geral, os preenchimentos em forma de espiral apresentam as seguintes desvantagens: segundo o princípio de vedação dos preenchimentos, existem três pontos por onde o fluido pode vazar no interior da câmara de vedação. Um deles é a passagem do fluido através do material fibroso, o que causa vazamentos ； O segundo é o vazamento entre o material de preenchimento e a caixa que o contém ； Terceiro, há vazamentos entre o material de preenchimento e a superfície do eixo. Portanto, a medida mais importante para evitar vazamentos na bomba de água é: (1) escolher adequadamente o material de vedação ； (2) Projetar uma câmara de vedação adequada, ajustando a força de compressão da vedação de forma adequada. Projeto de vedação com 3 conjuntos de material macio de preenchimento. A estrutura da câmara de preenchimento, conforme projetada, é mostrada na Figura 2. O interior da câmara de preenchimento é preenchido com um material elástico de vedação de alta qualidade, composto por fibra de carbono, grafite de alta pureza, politetrafluoretileno e selantes orgânicos. É resistente ao calor, em faixas de -18℃ a 200℃; a pressão máxima suportada é de 0,7 Mpa, e a velocidade linear máxima é de 8 m/s. Possui alta resistência à corrosão. É adequado para meios com valor de pH entre 4 e 13, sendo principalmente utilizado em meios aquosos. Esse estado de material macio é semelhante ao de uma argila; seu coeficiente de atrito é baixo, e a força de atração entre as moléculas que o compõem é pequena. Durante o funcionamento do eixo, as fibras presentes no material de preenchimento se enroscam ao redor do eixo, girando junto com ele. Isso forma uma “camada rotativa”, que serve para proteger o eixo ou o revestimento do mesmo, evitando seu desgaste e reduzindo o consumo de energia ； À medida que o diâmetro da “camada rotativa” aumenta gradualmente, a capacidade do eixo de envolver as fibras diminui progressivamente. As fibras não ficam envolvidas pelo eixo, permanecendo em repouso relativo em relação às paredes internas da câmara de preenchimento. Assim, forma-se uma “camada de cisalhamento” dentro da câmara de preenchimento. Nesse caso, a área de cisalhamento causada pelo movimento de rotação relativa fica localizada entre as fibras, e não entre as fibras e o eixo. Além disso, são pressionados polímeros de tetrafluoreto de etileno nos dois extremos do material de preenchimento injetado; esses polímeros são utilizados para compactar o material de preenchimento macio misto por meio dos anéis de fixação presentes em seus extremos. Para que o eixo, durante sua rotação em alta velocidade, não force o material de preenchimento a sair para fora, foram projetados canais em espiral no interior do compartimento de preenchimento e na tampa de pressão. Vale ressaltar que as direções desses canais em espiral devem ser opostas umas às outras. Dessa forma, ao girar, o eixo gera uma força que empurra o material de preenchimento para dentro, evitando assim que ele se disperse. 4 Situação dos testes da bomba d’água: Após a conclusão do projeto e fabricação do material de vedação, são realizados testes na bancada de teste da bomba d’água. As condições de operação do banco de testes são as seguintes: velocidade do motor de 1500 rpm, pressão de operação de 1 MPa; o meio utilizado é água limpa, e a temperatura do meio é a temperatura ambiente. O processo de preenchimento do material de enchimento é realizado seguindo os seguintes passos: (1) Limpar a câmara de enchimento e verificar se há riscos ou rebarbas na superfície do eixo, garantindo que a rugosidade do eixo atenda aos requisitos especificados no desenho técnico, ou seja, Ra1,6 ； (2) Use um micrômetro para verificar o deslocamento radial do eixo na área de vedação; a tolerância deve ficar entre 0,03 mm e 0,08 mm. (3) Ao preencher o espaço, é melhor usar primeiro um pedaço de madeira do mesmo tamanho que o eixo. O politetrafluoretileno entrelaçado deve ser enrolado ao redor desse pedaço de madeira, e em seguida cortado com uma faca. A borda do corte deve ter um ângulo de 45°. Depois, utiliza-se um conjunto de duas peças de madeira do mesmo tamanho do espaço destinado ao preenchimento. Essas peças são colocadas sobre o eixo, para que o material de preenchimento seja empurrado para o fundo do espaço. Por fim, aplica-se pressão sobre essas peças de madeira, de modo a comprimi-las ligeiramente. É importante garantir que o material de preenchimento fique nivelado no fundo do espaço. (3) Ao injetar a massa de argamassa misturada, é necessário compactá-la ao mesmo tempo em que se realiza a injeção, usando um suporte de madeira para isso. Por fim, deve-se aplicar politetrafluoretileno trançado sobre a cavidade onde está o material de preenchimento, apertando uniformemente a tampa de fechamento. Ao mesmo tempo, deve-se girar o eixo principal com as mãos, de modo que a força de compressão após o preenchimento seja distribuída de forma parabólica. Em seguida, a tampa de fechamento deve ser afrouxada ligeiramente, e assim o preenchimento estará concluído. Durante os testes de funcionamento, no início da operação, o vazamento ocorre de forma intermitente, em gotas. Quando o vazamento aumenta, é necessário apertar adequadamente os parafusos de fixação. Se a temperatura for muito alta, afrouxe um pouco os parafusos. Após funcionar normalmente, o vazamento praticamente parou. Após 60 horas de funcionamento em teste, foi aberta a câmara de vedação para inspeção. Verificou-se que a forma dos anéis de politetrafluoretileno permanecia intacta, não houve desgaste nos materiais macios utilizados como vedação, e não foram observados sinais de desgaste no eixo. 5 Conclusões (1) O preenchimento macio modular aumentou efetivamente a eficiência mecânica da bomba, reduzindo o desgaste do eixo. Como a área do selo do preenchimento consegue permanecer sem vazamentos por um longo período, isso protege o meio ambiente. Além disso, a manutenção é facilitada: quando há grandes vazamentos, é possível injetar o material de preenchimento sem interromper o funcionamento da bomba. Isso aumenta o tempo de operação contínua da bomba, economizando assim mão de obra e custos de manutenção. De acordo com estimativas iniciais, a economia no consumo de energia permite uma economia de mais de dez mil yuan por bomba, por ano. (3) Os preenchimentos macios modulares possuem um amplo valor de aplicação.