Пожарные насосы являются основой системы противопожарной защиты здания, обеспечивая надежную подачу воды во время чрезвычайных ситуаций. Хотя многие руководители объектов уделяют особое внимание производительности насосов, скорости потока и соответствию требованиям NFPA 20, часто упускают из виду проблему, связанную с быстрым износом уплотнений пожарных насосов. Механические уплотнения рассчитаны на работу в течение многих лет, однако в средах с плохим качеством воды они часто выходят из строя гораздо раньше, чем ожидалось. Результатом являются утечки, снижение эффективности насоса, незапланированные остановки и дорогостоящий ремонт. Для инженеров по пожарной безопасности, монтажников и владельцев зданий понимание того, как качество воды влияет на срок службы уплотнений, имеет важное значение для поддержания надежности системы.
Плохое качество воды является одним из наиболее распространенных и предотвратимых факторов, сокращающих срок службы уплотнений пожарных насосов. В этой статье подробно объясняется, почему уплотнения изнашиваются быстрее, если источник воды содержит большое количество примесей, коррозийных веществ или абразивных частиц. Он также предлагает практические рекомендации по улучшению качества воды, выбору подходящих материалов для пожарных насосов и продлению срока службы уплотнений вашего насоса.
Механические уплотнения установлены вокруг вращающегося вала узла крыльчатки пожарного насоса. Их работа проста, но важна: предотвратить утечку воды, позволяя валу вращаться на высокой скорости. Эти уплотнения работают под давлением, колебаниями температуры и гидравлическими силами. Правильно установленное уплотнение правильного размера может работать без сбоев в течение тысяч часов.
Однако тюлени чрезвычайно чувствительны к загрязнению воды. Даже небольшие загрязнения могут быстро вызвать трение, истирание и накопление тепла. Поскольку пожарные насосы часто простаивают в течение длительного времени, загрязняющие вещества могут оседать, затвердевать или разъедать компоненты, что делает уплотнения более уязвимыми во время первого запуска насоса. Плохое качество воды усиливает каждую точку напряжения в системе уплотнений.
Одной из наиболее прямых причин износа уплотнений является наличие абразивных частиц, таких как песок, ил, хлопья ржавчины или грязь. Многие системы пожарных насосов, особенно те, которые забирают воду из резервуаров, озер, рек или неочищенных муниципальных источников, испытывают периоды высокой концентрации мусора.
При попадании абразивных частиц в насос:
Они застревают между вращающейся и неподвижной поверхностями уплотнения.
Они действуют как наждачная бумага, оставляя царапины на поверхности.
Поверхности уплотнения теряют гладкость, что приводит к увеличению трения и нагрева.
Образуются микроканавки, из-за которых начинается утечка.
По мере роста утечки внутрь устремляется все больше частиц, ускоряя повреждение.
Этот абразивный цикл может полностью разрушить уплотнение в течение недель или месяцев, даже если насос работает лишь изредка.
Абразивный износ особенно распространен в пожарных насосах с дизельными двигателями и пожарных насосах с вертикальными турбинами, поскольку эти модели часто получают воду из открытых источников или подземных колодцев с высоким содержанием отложений. Без фильтрации и предварительной очистки уплотнения подвергаются постоянным механическим воздействиям.
Механические уплотнения обычно изготавливаются из углерода, керамики, карбида кремния или карбида вольфрама. Хотя эти материалы устойчивы к коррозии, они не застрахованы от химического разложения.
Вода с плохим химическим балансом может вызвать:
Коррозия поверхностей уплотнения
Разрушение эластомеров уплотнений
Питтинг на металлических поверхностях
Химическое набухание резиновых компонентов
Потеря целостности уплотнения с течением времени
К распространенным источникам агрессивной воды относятся:
Высокое содержание хлоридов в прибрежных или промышленных регионах.
Загрязненные резервуары для хранения
Вода, обработанная агрессивными химикатами
Неочищенные грунтовые воды с кислым pH
Вода с высокой концентрацией минералов
Когда коррозионные химикаты воздействуют на уплотнение, поверхности становятся неровными и хрупкими. Эластомеры (например, уплотнительные кольца) могут потерять эластичность, растрескаться или деформироваться, создавая пути утечки. Как только начинается химическое повреждение, уплотнение может быстро выйти из строя.
Ржавчина и минеральная осадка представляют собой основные угрозы для долговечности уплотнений пожарных насосов. Когда вода движется по трубам, резервуарам и клапанам, она может нести:
Хлопья оксида железа
Отложения кальция и магния
Твердые частицы окалины из старых трубопроводов
Остатки из корродированных стальных резервуаров
Эти загрязнения поражают не только само уплотнение, но и повреждают весь насос:
Накипь увеличивает трение между вращающимися частями.
Частицы ржавчины скапливаются внутри камеры уплотнения.
Отложения препятствуют надлежащей смазке поверхностей уплотнения.
Отложения вызывают перекос или неправильную посадку уплотнения.
В пожарных насосах смазка уплотнений зависит от тонкой пленки воды. Если эта вода содержит накипь или ржавчину, смазочная пленка вместо защитной становится абразивной. Со временем уплотнения перегреваются, теряют соосность и начинают протекать.
Хотя это и менее обсуждается, микробиологическое загрязнение является еще одной причиной преждевременного выхода из строя уплотнения. Бактерии, содержащие воду, такие как сульфатредуцирующие бактерии (SRB), могут производить кислоты, которые разъедают металл и эластомеры. Рост микроорганизмов внутри резервуаров для воды или трубопроводов образует слизистые слои (биопленки), которые мешают смазке уплотнений и влияют на процессы коррозии.
Когда бактерии расщепляют органические вещества, они создают побочные продукты, которые покрывают поверхности уплотнений и снижают эффективность уплотнения. Это особенно проблематично в условиях застоя воды, когда пожарные насосы не работают регулярно и вода остается неподвижной в течение длительного времени.
Хорошее качество воды помогает поддерживать постоянную температуру вокруг уплотнения. Когда частицы или загрязнения разрушают пленку жидкости, трение увеличивается, вызывая выделение тепла. Чрезмерное тепло — один из самых быстрых способов разрушения механического уплотнения.
Причины перегрева:
Термическое крекинг
Деформированные поверхности уплотнения
Сожженные эластомеры
Потеря смазки
Внезапный катастрофический отказ уплотнения
Если насос запускается во время аварийной ситуации, когда накопление тепла уже сильное, уплотнение может мгновенно выйти из строя под нагрузкой. Для критически важных систем противопожарной защиты это серьезный риск.
Плохое качество воды часто сопровождается колебаниями уровня воды, движением отложений или наличием воздушных карманов. Эти условия увеличивают риск кавитации — крошечных пузырьков пара, которые резко разрушаются внутри насоса. Кавитация может разрушить рабочие колеса, повредить корпуса и вызвать сильную вибрацию в области уплотнения.
Вибрация — главный враг механических уплотнений. Даже небольшая вибрация может:
Снимите уплотнительные поверхности
Ослабьте болты сальника
Износ компонентов вторичного уплотнения.
Увеличение путей утечки
По мере усиления кавитации ударные силы могут привести к растрескиванию уплотнительных колец или разрушению хрупких материалов.
Уплотнения пожарного насоса опираются на втулки вала, защищающие вал от прямого контакта с водой. В загрязненной воде абразивные и коррозионные частицы воздействуют на втулку так же агрессивно, как и на уплотнение.
Повреждение втулки приводит к:
Неправильное расположение уплотнителя
Колебание вращающегося узла
Глубокие насечки, препятствующие надлежащей герметизации.
Частая необходимость замены
Если плохое качество воды не устранить, замена уплотнений сама по себе не решит проблему: втулка вала будет продолжать разрушаться, что приведет к повторным отказам.
Хорошей новостью является то, что большинство неисправностей уплотнений, связанных с качеством воды, можно предотвратить. Реализация следующих шагов может значительно продлить срок службы уплотнений и повысить надежность системы.
Использование сетчатых фильтров, сепараторов песка или многоступенчатых фильтров позволяет удалить осадок и абразивные частицы до того, как вода попадет в насос. Фильтрация необходима для вертикальных турбинных насосов и насосов, использующих источники неочищенной воды.
Резервуары для хранения следует проверять на наличие ржавчины, накипи и роста микробов. Ежегодная очистка резервуара помогает уменьшить количество загрязнений, повреждающих уплотнения насоса.
В агрессивных водных средах уплотнения, изготовленные из комбинации карбида кремния и углерода или карбида вольфрама, обеспечивают гораздо большую долговечность. Выбор эластомера должен соответствовать химическому профилю воды.
Регулярное тестирование воды помогает обнаружить чрезмерную кислотность, щелочность, содержание минералов и риски коррозии. Сбалансированная вода снижает вероятность химического воздействия на тюленей.
Испытательные прогоны помогают удалить загрязнения, предотвратить рост бактерий и поддерживать смазку внутри камеры уплотнения. По этой причине NFPA 25 рекомендует еженедельные тесты на отток клиентов.
Компоненты из нержавеющей стали устойчивы к ржавчине, окалине и химическому разложению лучше, чем мягкая сталь. Обновление материалов может сэкономить значительные затраты на техническое обслуживание.
Обеспечьте надлежащий NPSH, поддерживайте стабильный уровень воды и устраняйте утечки воздуха, чтобы уменьшить повреждение уплотнений, вызванное кавитацией.
Уплотнения пожарного насоса необходимы для обеспечения надежной работы насоса во время чрезвычайных ситуаций. Тем не менее, многие преждевременные выходы из строя уплотнений можно объяснить одной проблемой: плохим качеством воды. Абразивные частицы, химический дисбаланс, коррозия, бактериальное загрязнение и кавитация ускоряют износ механического уплотнения. Улучшая качество воды, выбирая правильные материалы и выполняя регулярное техническое обслуживание, руководители объектов и инженеры по пожарной безопасности могут значительно продлить срок службы уплотнений, сократить время простоя системы и избежать дорогостоящего ремонта.
