Prueba de sellado del relleno blando en conjuntos de bombas

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【Palabras clave】Bombas y válvulas, prueba de sellado 【Resumen del artículo】Prueba de sellado del relleno blando en conjuntos de bombas de agua. El sellado con relleno se caracteriza por tener una amplia disponibilidad de materiales, ser fácil de procesar, tener un precio bajo, ofrecer un sellado fiable y ser sencillo de operar; por ello, su ámbito de aplicación es bastante amplio. En los últimos años, con el desarrollo de los materiales de sellado, los sellos de empaque han experimentado grandes mejoras en cuanto a materiales, formas estructurales y diversas propiedades. Por ello, en la industria mecánica los sellos de empaque se utilizan cada vez más, logrando buenos beneficios económicos. 1 Mecanismo de funcionamiento de los sellos de empaque En la industria mecánica, los sellos de empaque se utilizan principalmente como sellos dinámicos. Se utiliza comúnmente como sello para el eje de bombas centrífugas, compresores, bombas de vacío y agitadores. Al elegir un sello de empaque, las condiciones de funcionamiento del equipo mecánico deben ser el factor principal a considerar. La selección del empaque debe cumplir con los siguientes requisitos: (1) Debe tener cierta plasticidad, de modo que bajo la acción de una fuerza de compresión pueda generar una fuerza radial adecuada y mantener un contacto estrecho con el eje. (2) Tiene una estabilidad química suficiente, no contamina el medio en el que se encuentra; el relleno no se hincha debido a ese medio, el agente de impregnación presente en el relleno no se disuelve en él, y el propio relleno no corroe las superficies de sellado. (3) El relleno tiene buenas propiedades de autolubricación, es resistente al desgaste y tiene un bajo coeficiente de fricción. (4) Cuando exista una pequeña desviación del eje, el empaque debe tener suficiente elasticidad flotante. (5) Fabricación sencilla y fácil de rellenar. Por este motivo, es necesario ajustar con frecuencia el grado de compactación del relleno, de modo que, tras la pérdida de lubricante que ocurre con el paso del tiempo, se pueda añadir más lubricante, compensando así la disminución en la presión de compactación causada por los cambios en el volumen del relleno. Por supuesto, este constante apisonado del relleno acabará agotando el impregnante; por lo tanto, es necesario reemplazar el relleno periódicamente. Además, para mantener la película líquida y disipar el calor de fricción, también es necesario permitir intencionadamente una pequeña fuga en el empaque. 2 Problemas que presentan las empaquetaduras de mecha en el uso de bombas De manera general, para el sellado del eje de las bombas se utilizan empaquetaduras de mecha de asbesto impregnada en aceite o empaquetaduras de mecha de algodón impregnada en aceite. Las empaquetaduras de amianto impregnadas en aceite tienen ventajas como la resistencia al calor, buena flexibilidad y alta resistencia; sin embargo, también presentan defectos graves: después de trenzarse, su superficie resulta áspera, el coeficiente de fricción es elevado y se producen fugas. Además, con el uso prolongado, el lubricante impregnado tiende a perderse fácilmente. Las empaquetaduras de algodón impregnado en aceite se vuelven muy duras tras permanecer sumergidas en agua durante mucho tiempo; además, debido a su alto coeficiente de expansión, presentan una fricción considerable. En la producción real, con frecuencia se presenta la siguiente situación: en los equipos recién instalados, al inicio de su funcionamiento el sello del eje se encuentra en buen estado; sin embargo, en poco tiempo el nivel de fugas aumenta progresivamente. Los ajustes de la tapa de presión y el reemplazo del empaque se vuelven cada vez más frecuentes. En menos de un ciclo de operación, el manguito del eje ya se desgasta hasta adoptar una forma de flor de loto; en casos graves, incluso se rompe. Además, las trenzas de empaque que no pueden reemplazarse detrás del anillo de sellado hidráulico se pudren, por lo que ya no cumplen su función de sellado. En general, las empaquetaduras de trenzado tienen las siguientes desventajas: (1) La empaquetadura de trenzado está en contacto directo con el eje y gira relativamente a este, lo que causa el desgaste del eje y del manguito; por lo tanto, es necesario reemplazar el manguito periódica o irregularmente. (2) Para que el calor generado por la fricción entre la empaquetadura y el eje o manguito se disipe a tiempo, el sello de empaquetadura debe permitir una cierta cantidad de fugas, las cuales son difíciles de controlar. (3) La fricción entre el empaque y el eje o el manguito del eje hace que la potencia útil del motor disminuya, consumiendo energía eléctrica; a veces, esta proporción llega a ser asombrosamente alta, de entre el 5 % y el 10 %. En general, las empaquetaduras de trenzado tienen las siguientes desventajas: desde el punto de vista del principio de sellado de las empaquetaduras, existen tres vías por las cuales el fluido puede filtrarse dentro de la cámara de sellado: la primera es que el fluido atraviesa el material fibroso, causando una fuga ； El segundo es la fuga entre el relleno y la caja del relleno ； En tercer lugar, hay fugas entre el relleno y la superficie del eje. Por lo tanto, la medida más crucial para prevenir las fugas en las bombas de agua es: (1) seleccionar adecuadamente el material de sellado ； (2) Diseñar una cámara de sellado razonable y ajustar la fuerza de compresión de sellado adecuada. 3 Diseño del sello de empaque blando combinado. La estructura de la cavidad del empaque diseñada se muestra en la Figura 2. La cavidad de relleno se llena con un excelente material blando sellante, que está compuesto por fibra de carbono, grafito de alta pureza, politetrafluoroetileno y sellantes orgánicos. Es resistente al calor: de -18 °C a 200 °C. La presión máxima es de 0,7 Mpa y la velocidad lineal máxima es de 8 m/s. Tiene una gran resistencia a la corrosión. El rango de valor pH de los medios en los que puede utilizarse es de 4 a 13. Se recomienda especialmente para uso con agua como medio. Este estado de relleno blando es de tipo arcilloso, con un coeficiente de fricción bajo y una baja atracción molecular entre las moléculas del compuesto. Durante el funcionamiento del eje, las fibras del material de empaque se enrollan alrededor del mismo y giran junto con él, formando una “capa rotativa”. Esta “capa rotativa” protege el eje o el manguito, evitando su desgaste y reduciendo el consumo de energía ； A medida que el diámetro de la “capa giratoria” aumenta gradualmente, la capacidad del eje para enrollar las fibras disminuye progresivamente; estas no se enrollan alrededor del eje y permanecen relativamente inmóviles respecto a la pared interior de la cámara de relleno, formando así una “capa de cizallamiento” en su interior. En este punto, la zona de cizallamiento por fricción del movimiento rotativo relativo se ubica en el centro del relleno, y no entre el relleno y el eje. Además, en ambos extremos del relleno inyectado se introduce relleno trenzado de politetrafluoroetileno; este anillo de extremo del relleno trenzado se utiliza para comprimir el relleno blando mezclado. Para que, durante la rotación a alta velocidad del eje, el relleno blando no sea comprimido y salga despedido, se han diseñado ranuras en espiral en el interior de la cámara de relleno y en la tapa de sujeción. Cabe señalar que las direcciones de estas ranuras en espiral en los dos extremos del relleno deben ser opuestas entre sí; de esta manera, al girar el eje, se genera una fuerza que empuja el relleno hacia adentro, lo cual evita eficazmente que este salte fuera. 4. Situación de las pruebas de la bomba: Una vez finalizado el diseño y la fabricación del relleno compuesto, se realizaron las pruebas en el banco de pruebas de la bomba. Las condiciones de operación del banco de pruebas son las siguientes: velocidad del motor de 1500 r/min, presión de trabajo de 1 MPa, el medio es agua limpia y la temperatura del medio es temperatura ambiente. El proceso de relleno del material de relleno se realiza siguiendo los siguientes pasos: (1) Limpiar la cavidad de relleno y verificar si en la superficie del eje hay arañazos, rebabas u otros defectos, asegurándose de que la rugosidad del eje cumpla con el requisito del dibujo técnico, es decir, Ra1.6 ； (2) Se debe utilizar un micrómetro para verificar el desviación radial del eje en la zona de sellado; la tolerancia debe estar dentro del rango de 0,03 mm a 0,08 mm. (3) Al cargar el relleno, lo mejor es utilizar primero un palo de madera del mismo tamaño que el eje. Se enrolla el material de PTFE en torno a ese palo y luego se corta con un cuchillo; la superficie de corte debe tener un ángulo de 45°. Se utiliza un manguito de madera del mismo tamaño que la cavidad donde se colocará el relleno. Este manguito se coloca sobre el eje para empujar el relleno hacia el fondo de la cavidad. Se aplica presión sobre el manguito de madera mediante una arandela, a fin de comprimirlo ligeramente. Es importante asegurarse de que el relleno quede bien nivelado en el fondo de la cavidad. (3) Al inyectar el relleno de consistencia pastosa, se debe compactar con un casquillo de madera mientras se inyecta; posteriormente, se coloca tejido de politetrafluoroetileno sobre el exterior de la cavidad del relleno y se aprieta uniformemente la tapa de presión. Al mismo tiempo, se gira el eje principal a mano para que la fuerza de compresión después del relleno tenga una distribución parabólica. Finalmente, se afloja ligeramente la tapa de presión, completándose así el relleno. Se realizaron pruebas de funcionamiento. Al iniciar el funcionamiento, las fugas se manifestaban como goteras intermitentes; cuando las fugas aumentaban, se ajustaban adecuadamente los pernos de sujeción. Si el calentamiento es excesivo, afloje los tornillos un poco. Una vez que funcionó normalmente, las fugas prácticamente cesaron. Después de 60 horas de prueba, al abrir la cámara de sellado del empaque para inspeccionar, se observó que la forma del anillo terminal de politetrafluoroetileno trenzado se mantenía intacta; el empaque blando mixto no se desprendió, y no hubo signos de desgaste en el eje. 5 Conclusión (1) Los rellenos blandos combinados mejoran significativamente la eficiencia mecánica de la bomba, reduciendo así el desgaste del eje. Dado que el sello del relleno permite evitar fugas a largo plazo, se protege el medio ambiente. Además, su mantenimiento es sencillo; cuando hay grandes cantidades de fugas, se puede seguir inyectando relleno sin interrumpir el funcionamiento de la bomba. Esto prolonga el tiempo de funcionamiento continuo de la bomba, lo que a su vez permite ahorrar en costos laborales y de mantenimiento. Según estimaciones preliminares, el ahorro de energía permite un ahorro de más de 10.000 yuanes por bomba al año. (3) El relleno blando modular tiene un amplio valor de aplicación.