Bơm - các hệ thống làm kín trục cho bơm quay và bơm ly tâm - Phần 4

Hình 10 - Điểm đo tỉ số cân bằng

Đối với các cụm làm kín được nén tại đường kính ngoài, tỉ số cân bằng của cụm làm kín, B, được xác định bằng công thức được đơn giản hóa:

trong đó:

D_o là đường kính ngoài của mặt làm kín;

D_i là đường kính trong của mặt làm kín;

D_b là đường kính cân bằng của cụm làm kín.

Đối với các cụm làm kín được nén tại đường kính trong, mức ổn định làm kín được xác định bằng công thức:

trong đó:

D_o là đường kính ngoài của mặt làm kín;

D_i là đường kính trong của mặt làm kín;

D_b là đường kính cân bằng của cụm làm kín.

Đường kính cân bằng thay đổi theo thiết kế cụm làm kín, nhưng với các đệm kín có cơ cấu đẩy bằng lò xo dưới áp lực đường kính ngoài, thông thường đường kính cân bằng là đường kính của bề mặt tiếp xúc trượt của đường kính trong của vòng đệm kín O; đối với các cụm làm kín có cơ cấu đấy bằng lò xo dưới áp lực đường kính trong; đường kính cân bằng thường là đường kính của bề mặt tiếp xúc trượt của đường kính ngoài của vòng đệm kín động lực học O; đối với các cụm làm kín loại hộp xếp bằng kim loại kết cấu hàn, đường kính cân bằng thường là đường kính trung bình của các hộp xếp, nhưng điều này có thể thay đổi theo áp lực.

Việc điều chỉnh nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng trong việc thành công của cụm làm kín cơ khí. Mỗi cụm làm kín đều phát ra nhiệt tại các mặt làm kín. Trong một số trường hợp, việc ngấm nhiệt từ chất lỏng được bơm cũng phải được điều chỉnh. Nhiệt ngấm là nhiệt được dịch chuyển từ bơm và chất lỏng được bơm đến chất lỏng trong buồng làm kín. Ví dụ, nếu chất lỏng cụ thể phải duy trì ở nhiệt độ 60 °C (140 °F) để đạt được giới hạn áp suất bay hơi thỏa mãn và nhiệt độ vận hành của bơm là 146 °C (295 °F), nhiệt có thể được truyền qua vỏ bơm vào trong buồng làm kín. Tổ hợp tải trọng nhiệt (được tạo ra do ngấm và bề mặt) phải được giải phóng bằng giải phóng nhiệt chất lỏng làm mất chức năng. Phụ lục F cung cấp hướng dẫn tính toán sự ngấm nhiệt và nhiệt được tạo ra do cụm làm kín.

CHÚ THÍCH 1: Tải trọng nhiệt tính được cho phép định cỡ hệ thống làm mát, xác định được mô men khởi động và mô men làm việc, xác định được giải phóng nhiệt giá trị giải phóng nhiệt và giới hạn điểm sôi. Thông thường, tốc độ giải phóng nhiệt làm kín dựa vào sự tăng nhiệt độ lớn nhất cho phép là 5 °C (10 °F) có tính đến toàn bộ nhiệt lượng vào. Một số cấu trúc buồng làm kín ví dụ như các hộp có lỗ côn và lỗ bít có các xem xét khác.

CHÚ THÍCH 2: Mô men khởi động, công suất làm kín và nhiệt phát ra khi làm kín có thể là những vấn đề đáng kể cho các bộ dẫn động bơm nhỏ, các cụm làm kín tại hoặc trên đường kính cân bằng và giới hạn áp lực của tiêu chuẩn này, và cho những cụm làm kín Cấu trúc 3.

6.1.1.8. Cụm làm kín được cấp phải đáp ứng khả năng xoay thông thường và dịch chuyển nhỏ theo hướng trục giữa rô to và stato.

CHÚ THÍCH: Dịch chuyển hướng trục lớn nhất liên quan đặc biệt đến các bơm nhiều tầng nóng. Trong quá trình khởi động, thường xảy ra một lượng tăng nhiệt lớn gây ra cho giữa trục và vỏ bơm. Sự tăng nhiệt này có thể vượt quá khả năng của một số cụm làm kín. Dịch chuyển hướng trục cũng liên quan đến một số thiết kế bơm đứng mà bơm này dựa vào ổ trục động cơ để định vị ổ chặn (nghĩa là bơm nối tiếp nhau không có thân ổ đỡ và các bơm có hộp đứng). Trong một số điều kiện, áp của chất lỏng công tác có thể tạo ra áp lực đẩy ngược lên. Dịch chuyển hướng trục của trục chỉ được giới hạn bởi phao hướng trục của ổ trục động cơ trong những trường hợp này.

6.1.1.9. Bề mặt làm kín của vòng đệm kín O bao gồm các rãnh và lỗ phải có độ nhám bề mặt lớn nhất (Ra) là 1,6 mm (63 m in) đối với các vòng đệm kín tĩnh O và 0,8 mm (32 m in) đối với bề mặt mà trên đó các vòng đệm kín động lực học O trượt lên. Các lỗ sẽ có bán kính nhỏ nhất là 3 mm (0,12 in) hoặc góc vát nhỏ nhất 1,5 mm (0,06 in) đối với các vòng đệm kín O và góc vát nhỏ nhất 2 mm (0,08 in) đối với các vòng đệm kín động lực học O. Góc vát có giá trị lớn nhất là 30 °.

6.1.1.10. Các rãnh của vòng đệm kín O phải có kích cỡ để thích ứng với các vòng đệm kín O bị flo hóa.

CHÚ THÍCH: Một số vật liệu đàn hồi bị flo hóa có sự giãn nở nhiệt lớn hơn hầu hết các vật liệu vòng đệm kín O khác, ví dụ như: Vật liệu đàn hồi flo hóa. Việc sử dụng vật liệu đàn hồi bị flo hóa trong rãnh được thiết kế cho vật liệu đàn hồi flo hóa sẽ làm hỏng vòng đệm kín O. Mặt khác, các vòng đệm kín O bằng vật liệu đàn hồi flo hóa vận hành đúng trong rãnh bị flo hóa lớn hơn. Việc lựa chọn các rãnh rộng hơn làm tiêu chuẩn sẽ loại trừ được các vấn đề do vòng đệm kín O hỏng và giảm số lượng các phụ tùng cần thiết. Cần chú ý rằng hao tổn giãn nở nhiệt trong các vòng đệm kín O bị flo hóa thường bị nhầm với hao tổn do phình vòng đệm kín O gây ra bởi hóa chất.

6.1.1.11. Đối với điều kiện làm việc trong chân không, toàn bộ các tổ hợp làm kín phải được thiết kế với mục đích giữ chặt các tổ hợp làm kín để ngăn chúng không bị tuột ra khỏi vị trí (xem Hình 11). Việc thiết kế cụm làm kín phải thích hợp với sự làm kín dưới điều kiện chân không khi bơm không vận hành (xem 6.1.2.14).

CHÚ DẪN:

1 Đặc điểm giữ chặt như được yêu cầu trong 6.1.1.11.

Hình 11 - Giữ chắc chắn các tổ hợp làm kín trong phục vụ trong điều kiện chân không

6.1.2. Buồng làm kín và nắp bít kín

6.1.2.1. Các nắp bít kín phải được cung cấp bởi nhà sản xuất cụm làm kín.

6.1.2.2. Trừ trường hợp được quy định, các buồng làm kín phải được cung cấp bởi nhà sản xuất bơm.

6.1.2.3. Các buồng làm kín được chia làm ba loại: truyền thống, được lắp ngoài hoặc lắp trong. Các buồng làm kín không phải yêu cầu thích ứng với cách làm kín. Hình 12 đưa ra ba kiểu khoang làm kín.

Hình 12 - Các kiểu buồng làm kín

6.1.2.4. Buồng làm kín tiêu chuẩn là kiểu truyền thống (buồng hình trụ, đúc liền với vỏ bơm được nhà sản xuất bơm cung cấp).

Các cụm làm kín Loại 1 phải được thiết kế để có thể lắp vừa vỏ đã định cỡ tại ISO 3069 Kiểu C hoặc bởi ASME B73.1 và ASME B73.2.

Các cụm làm kín Loại 2 và Loại 3 phải được thiết kế để có thể lắp vừa vỏ đã định cỡ tại TCVN 7633 (ISO 13709).

Các thiết kế buồng làm kín sử dụng tất cả các đặc trưng thiết kế của tiêu chuẩn này phải thể hiện ở độ tin cậy và sự tiêu chuẩn hóa chung các chi tiết. Khe hở hướng kính được giảm đi yêu cầu người sử dụng phải lưu ý tới các sơ đồ dòng chức năng và các yêu cầu về kết cấu đối với các cụm làm kín không phù hợp.

Độ tin cậy của cụm làm kín cơ khí chịu ảnh hưởng bởi khe hở hướng kính giữa các chi tiết quay của nó và lỗ buồng làm kín. Việc đáp ứng các yêu cầu về khe hở hướng kính nhỏ nhất của cụm làm kín trong tiêu chuẩn này là đặc biệt quan trọng khi làm kín trong điều kiện khó khăn, ví dụ như trong các trường hợp làm kín cho chất lỏng chứa nhiều hạt rắn hoặc trong những trường hợp bề mặt làm kín có nhiệt độ cao. Các thiết kế buồng làm kín khác trong các bơm hóa chất công nghiệp ví dụ như trường hợp buồng làm kín có đường kính lớn hoặc buồng làm kín có dạng hình côn có lưu lượng thay đổi, có thể bỏ qua sơ đồ dòng chức năng hoặc cải thiện các tính năng nhờ vào thiết kế buồng làm kín.

Người ta cũng mong muốn là đa số các cụm làm kín Loại 1 phải phù hợp với các bơm thuộc ISO 2858, ASME B73.1 và ASME B73.2, và đa số các cụm làm kín Loại 2 và Loại 3 phải được lắp theo những ứng dụng trong TCVN 7633 (ISO 13709). Tuy nhiên có thể nhận thấy rằng các cụm làm kín Loại 1 có thể được lắp trong những ứng dụng của TCVN 7633 (ISO 13709), và Các cụm làm kín Loại 2 và loại 3, trong các hệ nhất định, có thể được lắp trong các bơm thuộc ISO 2858, ASME B73.1 và ASME B73.2. Cần chú ý thật cẩn thận đến việc áp dụng các loại làm kín đúng với các kiểu bơm và các môi trường làm việc của bơm mà ở đó chúng không được quy định phải áp dụng.

• 6.1.2.5. Nếu được quy định, buồng làm kín được bắt bằng bu lông phải được cấp bởi nhà sản xuất cụm làm kín.

6.1.2.6. Khe hở hướng kính nhỏ nhất giữa các tổ hợp quay của cụm làm kín và các bề mặt tĩnh của buồng làm kín và tấm nắp đệm phải là 3 mm (1/8 in) ngoại trừ trường hợp ghi ở 8.6.2.3 (cơ cấu tuần hoàn), 7.2.5.1, và 7.2.6.1 (ống lót buồng làm kín chặn Cấu trúc 2).

CHÚ THÍCH: Khe hở hướng kính 3 mm (1/8 in) có thể không phù hợp bơm có kích thước nhỏ và buồng làm kín kiểu C ISO 3069, xem 6.1.2.4.

6.1.2.7. Toàn bộ ứng suất của bu lông và vít cấy phải phù hợp với mã thiết kế áp suất tại áp suất làm việc cho phép lớn nhất. Bốn vít cấy phải được dùng. Đường kính của các vít cấy phải phù hợp với kích thước của buồng làm kín có trong 6.1.2.4. Các vít cấy lớn hơn chỉ được gia công tinh nếu cần thiết để đáp ứng yêu cầu ứng suất của EN 13445 hoặc ASME VIII, hoặc để có thể nén vòng đệm vênh phù hợp với ASME B16.20.

6.1.2.8. Áp suất làm việc lớn nhất cho phép của vỏ chịu áp của cụm làm kín phải bằng với hoặc lớn hơn áp suất của vỏ chịu áp của bơm mà nó được lắp trên đó. Vỏ chịu áp của cụm làm kín có độ ăn mòn cho phép là 3 mm (1/8 in), và phải có độ đủ cứng vững để tránh được bất kỳ sự biến dạng nào mà sẽ làm ảnh hưởng xấu đến sự vận hành của cụm làm kín, kể cả sự biến dạng có thể xảy ra trong quá trình xiết chặt bu lông vào bộ vòng đệm. Nếu được khách hàng chấp thuận, sự ăn mòn cho phép nhỏ hơn có thể được chấp nhận đối với một số vật liệu hợp kim cao.

Các yêu cầu dưới đây cũng phải được áp dụng:

a) Trừ trường hợp được quy định, các tấm nắp đệm phải có các lỗ (không có rãnh) cho các vít cấy.

b) Các điều khoản phải được lập để chỉnh tâm các tấm nắp đệm làm kín và/hoặc buồng làm kín theo chuẩn đường kính trong hoặc có đường kính ngoài. Bề chuẩn phải đồng tâm với trục và phải có tổng độ lệch được chỉ rõ không quá 0,125 mm (0,005 in), xem Hình 13. Khe hở đường kính phải là H7/f7 phù hợp với ISO 286-2.

c) Một vai có kích thước chiều dày nhỏ nhất là 3 mm (1/8 in) phải có trong thiết kế cho việc lắp tấm nắp đệm để chặn chi tiết tĩnh của cụm làm kín cơ khí không bị lệch khỏi vị trí do áp suất buồng, xem Hình 14.

Hình 13 - Độ đồng tâm danh định của buồng làm kín

CHÚ DẪN:

1 Vai nắp bít kín

Hình 14 - Mặt cắt cho biết vai tấm nắp đệm của cụm làm kín

6.1.2.9. Giá trị ứng suất được dùng trong thiết kế vỏ chịu áp cho bất kỳ vật liệu nào phải không được vượt quá tiêu chuẩn được dùng trong thiết kế vỏ bơm mà nó được lắp trên đó. Trong những trường hợp không có giá trị thiết kế bơm nguyên bản, giá trị ứng suất này phải phù hợp với TCVN 7633 (ISO 13709).

6.1.2.10. Không yêu cầu có các mẫu báo cáo dữ liệu sản xuất, việc kiểm tra của bên thứ ba, và đóng dấu, như những điều đã quy định trong mã như ASME VIII.

6.1.2.11. Việc sử dụng các lỗ ren trong các chi tiết chịu áp phải được giảm nhỏ nhất. Để tránh sự rò rỉ trong các phần vỏ chịu áp, độ dày kim loại phải ít nhất bằng một nửa đường kính bu lông danh định ở xung quanh và phía dưới đáy lỗ khoan và lỗ ta rô, chưa kể chiều dày dành cho sự ăn mòn cho phép.

6.1.2.12. Chi tiết việc cắt ren để bắt bu lông cho các vỏ chịu áp phải phù hợp với ISO 261, ISO 262, ISO 724 và ISO 965, hoặc ASME B1.1. Ren tinh hệ mét và các ren vít theo tiêu chuẩn Mỹ không được sử dụng.

Trừ trường hợp được quy định, các vít cấy phải được dùng nhiều hơn các loại vít khác như đinh vít để nối buồng làm kín với bơm và tấm nắp đệm với bơm hoặc buồng làm kín.

Việc đánh dấu các vít cấy, nếu có, phải được thực hiện trên đầu đai ốc của vít cấy lộ ra ngoài.

Khe hở thích hợp phải được tạo ra tại các vị trí bắt bu lông cho phép sử dụng chia vặn hoặc tuýp vặn,

CHÚ THÍCH: Khe hở thích hợp sử dụng các tuýp vặn hoặc chìa vặn tại các vị trí bắt bu lông của tấm nắp đệm có thể không thích hợp với các bơm nhỏ.

6.1.2.13. Nhà sản xuất cụm làm kín phải thiết kế độ đảo mặt buồng làm kín (TIR) đạt đến 0,5 mm/mm (0,000 5 in/ in) của lỗ buồng làm kín, xem Hình 15. Một số thiết kế bơm nhiều tầng, trục mảnh có thể không đáp ứng được các yêu cầu của mục này (xem 6.1.1.5).

CHÚ THÍCH: Độ đảo quá mức có thể ảnh hưởng bất lợi đến tính năng của cụm làm kín cơ khí tại buồng làm kín cơ khí. Độ đảo mặt của buồng làm kín hoặc độ đảo mặt phân cách của buồng làm kín là số đo độ vuông của trục bơm liên quan đến bề mặt lắp buồng làm kín.

Figure 15 - Độ lệch bề mặt buồng làm kín

6.1.2.14. Đối với Cấu trúc 1 và cấu trúc 2, áp suất buồng làm kín và hệ thống gá đặt cho các cụm làm kín ướt tiếp xúc (không kể các cụm làm kín chặn) phải được thiết kế có giới hạn không nhỏ hơn 30 % giữa áp suất buồng làm kín và áp suất bay hơi lớn nhất của chất lỏng, hoặc giới hạn nhiệt độ sản phẩm là 20 °C (36^oF) so với nhiệt độ lớn nhất của chất lỏng công tác.

Bơm tạo ra áp suất chênh thấp và bơm có chất lỏng công tác có áp suất bay hơi cao có thể không đạt được giới hạn yêu cầu. Nếu điều kiện của buồng làm kín không đáp ứng được giới hạn quy định, nhà sản xuất buồng làm kín phải:

a) thực hiện sự lựa chọn cụm làm kín và sơ đồ dòng chức năng thích hợp dựa vào chất lỏng đã định.

b) đưa ra những điều kiện vận hành của buồng làm kín (áp suất nhỏ nhất và nhiệt độ lớn nhất) mà sẽ làm cho việc lắp đặt cụm làm kín có khả năng vận hành liên tục trong 3 năm.

c) cung cấp tấm nắp đệm làm kín hoặc buồng làm kín có mối nối dòng chức năng phụ cho phép đo trực tiếp áp suất buồng làm kín, và

d) cung cấp hệ thống dòng chức năng phân tán trừ khi giới hạn không gian không cho phép.

Trong quá trình vận hành, áp suất buồng làm kín phải đạt ít nhất là 35 kPa (0,35 bar) (5 psi) trên áp lực khí quyển. Đây là điều hết sức quan trọng nếu áp lực vào bơm thấp hơn áp lực khí quyển.

Người sử dụng nên nhận thức được rằng có thể có các tiêu chí khác cần được sử dụng để thiết lập điều kiện làm việc của buồng làm kín để có thể đạt được độ tin cậy mong đợi. Một ví dụ là nước tại nhiệt độ trên 82 °C (180 °F) cần làm mát để duy trì được khả năng bôi trơn chất lỏng thích hợp (xem Phụ lục A).

CHÚ THÍCH: Đối với các thiết kế cụm làm kín ướt tiếp xúc, việc duy trì một giới hạn áp suất hơi thích hợp giúp bảo vệ các bề mặt làm kín chống lại sự sôi cục bộ của chất lỏng công tác tại các bề mặt làm kín. Sự sôi chất lỏng công tác tại các bề mặt làm kín có thể gây ra sự tổn thất về bôi trơn của mặt làm kín và tiếp theo là làm hỏng cụm làm kín. Chất lỏng có tỷ trọng thấp là những chất lỏng gây khó khăn nhất cho làm kín và chiếm tỷ lệ phần trăm các ca sửa chữa bộ phận làm kín là rất cao. Các giới hạn này có thể đạt được bằng nhiều cách. Ví dụ. việc sử dụng một hay nhiều cách dưới đây có thể tạo ra giới hạn áp suất bay hơi và nhiệt độ sản phẩm để đảm bảo tính năng làm việc tin cậy. Việc ứng dụng các giải pháp này thường là do sự thỏa thuận giữa khách hàng, nhà sản xuất cụm làm kín và nhà sản xuất bơm:

- hạ thấp nhiệt độ chất lỏng buồng làm kín bằng cách làm mát dòng chức năng;

- tăng áp suất buồng làm kín đó bằng cách tháo bỏ vòng mài mòn sau và nút các lỗ cân bằng của bánh công tác;

- sử dụng dòng chức năng ngoài; và/hoặc

- tăng áp suất buồng làm kín đó nhờ việc sử dụng ống lót chặn có khe hở nhỏ.

Hạ thấp nhiệt độ chất lỏng chức năng (nhiệt độ chất lỏng buồng làm kín) luôn thích hợp hơn việc tăng áp buồng làm kín bằng cách sử dụng ống lót cổ trục có khe hở nhỏ. Sự hao mòn ống lót chắc chắn dẫn đến áp suất buồng làm kín bị giảm và giới hạn trên áp suất bay hơi.

Một số ứng dụng không cần các hệ thống dòng chức năng của cụm làm kín phức tạp. Một ví dụ chung cho hệ thống này là cung cấp nước làm mát. Giả thiết rằng nước tại nhiệt độ 38 °C (100 °F) và có sự hút của bơm ở phía khí quyển và có áp suất của buồng làm kín, áp suất bay hơi tuyệt đối phải là 6,5 kPa (0,065 bar) (0,94 psi). Áp suất hơi tuyệt đối tại nhiệt độ là 58 °C (136 °F) khoảng 18,6 kPa (0,186 bar) (2,7 psi). Giới hạn nhiệt độ sinh ra lớn có được cho buồng làm kín sẽ làm cho buồng làm kín đạt được tuổi thọ cao mà không cần làm mát chất lỏng chức năng làm kín hoặc tăng áp buồng làm kín.

6.1.2.15. Nếu được quy định, ống lót cổ trục phải được thay mới và được thiết kế sao cho chúng không thể bị đẩy do áp suất thủy lực.

Các ống lót cổ trục có thể được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào hay cho toàn bộ các mục đích dưới đây cùng với các sơ đồ dòng chức năng thích hợp:

- để tăng hoặc giảm áp suất buồng làm kín;

- để cách ly chất lỏng buồng làm kín; và/hoặc

- để điều khiển dòng chảy vào hoặc ra của buồng làm kín.

Đồng thời xem Phụ lục A để biết thêm những hướng dẫn liên quan đến việc sử dụng ống lót cổ trục.

6.1.2.16. Nếu được quy định, hoặc nếu được nhà sản xuất cụm làm kín khuyến nghị, các ống lót cổ trục di động có khe hở nhỏ phải được cung cấp. Vật liệu và khe hở phải phù hợp với điều kiện làm việc và phải được sự chấp thuận của khách hàng.

6.1.2.17. Tấm nắp đệm đã quy định rõ ở tờ dữ liệu và các mối nối buồng làm kín phải được nhận dạng bằng các ký hiệu được đánh dấu cố định (ví dụ được dập khuôn hoặc đúc) trên tổ hợp. Ký hiệu, kích cỡ, và vị trí ở Bảng 1 phải được sử dụng (xem Hình 16 cho vị trí dọc trục liên quan của các mối nối phía xử lý và các mối nối phía có khí quyển). Tại những vị trí thích hợp, các chữ cái I và O (vào và ra) phải được sử dụng cùng với ký hiệu này. Đối với các bơm trục ngang, 0 ^o được ghi thẳng đứng trên đỉnh. Đối với bơm trục đứng, vị trí của mối nối dòng chức năng (F) chỉ rõ 0 ^o (xem Hình 2 đến Hình 6).

Ở những vị trí kích cỡ bơm hay tấm nắp đệm ngăn chặn tạp chất của mối nối cần có trên tấm nắp đệm làm kín, nhà cung cấp cụm làm kín phải tư vấn cho nhà cung cấp bơm kể cả các mối nối cần thiết trên bơm hoặc buồng làm kín. Nếu lỗ tiếp tuyến được sử dụng, vị trí lỗ khoan trong buồng làm kín phải phù hợp với Bảng 1. Tuy nhiên, những vị trí thiết kế cho các khớp nối ren của tấm nắp đệm có thể khác với những vị trí đã quy định trong Bảng 1.

Việc thiếu khoảng trống cho các mối nối ta rô và các mối nối cửa trong khu vực buồng làm kín có thể yêu cầu rằng: nó nằm trong phạm vi cung cấp của nhà sản xuất bơm. Phụ lục E quy định trách nhiệm liên quan giữa nhà sản xuất bơm và nhà cung cấp cụm làm kín.

Việc định kích cỡ chênh lệch giảm nhỏ nhất khả năng lắp sai, đặc biệt trong quá trình bảo dưỡng tại hiện trường. Khách hàng nên nhận thức rằng kích cỡ và vị trí mối nối quy định trong Bảng 1 có thể không thực tiễn đối với các loại bơm nhỏ.

CHÚ DẪN:

1. bên chất lỏng công tác
2. bên khí quyển

Hình 16 - Các mối nối hệ thống đường ống của cụm làm kín cơ khí

Bảng 1 - Ký hiệu và kích thước đối với các khớp nối của buồng làm kín và nắp bít kín