Khi phớt cơ khí chạy khô, màng chất lỏng mỏng giữa mặt chà quay và mặt chà tĩnh biến mất hoặc mất ổn định. Ma sát tăng mạnh, nhiệt tích tụ tại bề mặt làm kín và hư hỏng có thể xảy ra rất nhanh. Ngay cả khi bơm vẫn có vẻ hoạt động, bề mặt phớt có thể đã mất điều kiện cần để làm kín tin cậy.
Chạy khô không phải lúc nào cũng có nghĩa toàn bộ bơm không còn chất lỏng. Phớt có thể trải qua chạy khô một phần hoặc gián đoạn trong khi hệ thống vẫn có chất lỏng ở chỗ khác. Không khí bị kẹt, chất lỏng hóa hơi, tuần hoàn buồng phớt kém hoặc hệ thống flush hỏng đều có thể làm mất bôi trơn ngay tại mặt chà.
Hiểu được khác biệt này giúp đội bảo trì tìm đúng nguyên nhân thay vì chỉ lắp thêm một bộ phớt mới.
Vì sao phớt cơ khí cần màng chất lỏng?
Hầu hết phớt bơm thông thường bôi trơn bằng chất lỏng có hai mặt chà cực phẳng chạy rất sát nhau. Một mặt quay cùng trục, mặt kia đứng yên. Khi hoạt động bình thường, màng chất lỏng vi mô hình thành giữa chúng.
Màng này có hai nhiệm vụ quan trọng. Thứ nhất, giảm tiếp xúc trực tiếp và ma sát giữa các mặt. Thứ hai, đưa nhiệt ra khỏi bề mặt làm kín. tài liệu giải thích nguyên lý phớt cơ khí của AESSEAL mô tả sự tách biệt bằng màng chất lỏng này là một yếu tố cốt lõi của vận hành ổn định.
Tài liệu hướng dẫn màng bôi trơn của EagleBurgmann cũng giải thích rằng môi chất công nghệ hoặc chất lỏng bên ngoài cung cấp bôi trơn và làm mát. Trạng thái màng phụ thuộc áp suất, nhiệt độ, tốc độ, môi chất và vật liệu mặt chà.
Khi màng chất lỏng sụp đổ, mặt chà có xu hướng tiếp xúc trực tiếp. Ma sát tăng và sinh thêm nhiệt, còn nhiệt độ cao lại làm khả năng bôi trơn giảm sâu hơn. Vì vậy, chạy khô có thể tạo quá trình hư hỏng tăng tốc theo vòng lặp.
Điều này khác với phớt khí khô được thiết kế riêng hoặc công nghệ phớt chịu chạy khô đặc biệt. Những sản phẩm đó có hình học, vật liệu, lớp phủ hoặc nguyên lý màng khí khác. Không được mặc nhiên coi phớt bơm bôi trơn bằng chất lỏng thông thường cũng có khả năng chạy khô tương tự.
Nguyên nhân khiến phớt cơ khí chạy khô
Chạy khô thường bắt đầu từ sự cố hệ thống bơm chứ không phải lỗi chế tạo phớt. Vì vậy, bộ phớt hỏng cần được xem là bằng chứng của điều kiện vận hành.
Bơm chưa được mồi và xả khí đúng cách
Nguyên nhân phổ biến xuất hiện khi chạy thử hoặc sau bảo trì: động cơ khởi động trước khi thân bơm và buồng phớt được nạp đầy, xả hết không khí.
Khí kẹt quanh mặt chà ngăn màng chất lỏng ổn định hình thành. Vấn đề này vẫn có thể xảy ra dù kỹ thuật viên đã bơm nước vào một phần thiết bị.
Một hướng dẫn lắp đặt phớt cơ khí đầy đủ cần bao gồm mồi bơm, xả khí và xác nhận lưu lượng hỗ trợ phớt trước khi khởi động.
Bể hoặc nguồn cấp ở đường hút đã cạn
Bơm ly tâm có thể tiếp tục quay sau khi bể cấp hạ xuống mức thấp. Khi đó, bơm hút khí thay cho dòng chất lỏng liên tục.
Tình huống này thường gặp ở bơm chuyển chất lỏng, bơm xả bể, quy trình theo mẻ và hệ thống điều khiển thủ công. Không khí lọt vào gián đoạn có thể gây nhiều đợt chạy khô ngắn trước khi bơm mất hút hoàn toàn.
Công tắc báo mức thấp và logic điều khiển phù hợp có thể giúp tránh trạng thái này.
Mất lưu lượng flush hoặc dòng hỗ trợ phớt
Một số phớt phụ thuộc vào tuần hoàn, flush bên ngoài, chất lỏng barrier hoặc phương án hỗ trợ khác. Khi dòng cấp này dừng, môi trường tại mặt chà có thể thay đổi nhanh chóng.
Đường ống tắc, van đóng, lưới lọc bẩn, trình tự mở van sai hoặc thiết bị hỗ trợ hỏng có thể làm mất làm mát và bôi trơn tại mặt chà.
Các phương án đường ống hỗ trợ phớt cơ khí của Flowserve được thiết kế để tạo điều kiện phù hợp quanh phớt. Tuy nhiên, lựa chọn cụ thể phụ thuộc môi chất, kết cấu phớt, tính chất chất lỏng và thiết kế thiết bị.
Hóa hơi và xâm thực làm mất ổn định màng bôi trơn
Phớt vẫn có thể bị hỏng do chạy khô dù trong bơm còn chất lỏng. Khi áp suất cục bộ giảm đủ thấp, một phần chất lỏng gần phớt có thể hóa hơi.
Tương tự, xâm thực, điều kiện hút kém, môi chất nóng hoặc vận hành gần áp suất hơi đều có thể tạo dòng hai pha không ổn định. Khí và hơi không có đặc tính bôi trơn như màng chất lỏng dự kiến.
Vì vậy, khi điều tra chạy khô cần kiểm tra điều kiện hút, nhiệt độ công nghệ, áp suất buồng phớt và tiếng ồn bất thường của bơm.
Mặt chà bị hư hỏng thế nào khi phớt chạy khô?
Thay đổi đầu tiên thường không phải là chi tiết gãy rõ ràng, mà là điều kiện tiếp xúc ở cặp mặt chà.
Khi bôi trơn giảm, tiếp xúc trực tiếp tăng và ma sát sinh nhiệt trên một diện tích rất nhỏ. Mặt chà có thể cong vênh, bị chai bóng, mòn, nứt hoặc mất độ phẳng cần thiết để làm kín có kiểm soát.
Mặt carbon có thể bị chai bóng, mòn hoặc quá nhiệt
Carbon được dùng rộng rãi vì ma sát và chống mòn tương đối tốt khi tiếp xúc với vật liệu cứng hơn. Tuy nhiên, nó vẫn phụ thuộc môi trường vận hành đúng thiết kế.
Khi chạy khô nghiêm trọng, bề mặt carbon có thể bị đánh bóng bất thường hoặc chai bóng. Nó cũng có thể mòn nhanh, sứt mép, đổi màu do nhiệt hoặc xuất hiện dấu ma sát bất thường khác.
Một số dấu vết có thể trông nhẹ khi tháo kiểm tra. Tuy nhiên, chỉ cần độ phẳng hoặc trạng thái bề mặt thay đổi cũng đủ gây rò khi bơm hoạt động trở lại.
Để hiểu rõ hơn carbon, ceramic, silicon carbide và tungsten carbide, hãy xem so sánh vật liệu phớt cơ khí trước khi chọn cặp mặt chà thay thế.
Mặt chà cứng vẫn có thể chịu ứng suất nhiệt
Ceramic, SiC và TC cung cấp các mức độ cứng, chống mài mòn, ứng xử nhiệt và độ dai khác nhau. Nhưng mặt chà cứng không tự động miễn nhiễm với chạy khô.
Nhiệt ma sát tăng nhanh tạo chênh lệch nhiệt độ trên bề mặt làm kín. Giãn nở không đều có thể làm mặt chà biến dạng. Ứng suất nhiệt nặng còn có thể gây vết nứt nhỏ hoặc hư hỏng cục bộ.
Bài viết hiện có về hư hỏng phớt cơ khí do nhiệt giải thích kỹ hơn các cơ chế này. Chạy khô là một trong những nguyên nhân quan trọng tạo ứng suất nhiệt.
Elastomer và chi tiết làm kín phụ cũng bị ảnh hưởng
Hư hỏng không chỉ dừng ở cặp mặt chà chính. Nhiệt sinh tại bề mặt tiếp xúc có thể truyền sang vòng O, ống xếp, gioăng và các chi tiết làm kín phụ gần đó.
Elastomer có thể hóa cứng, mất đàn hồi, biến dạng dư do nén hoặc xuống cấp nhanh khi nhiệt độ vượt phạm vi thiết kế. Tiếp xúc hóa chất có thể làm tình hình tệ hơn.
Vì vậy, chỉ thay mặt carbon hỏng chưa chắc phục hồi độ tin cậy. Cần kiểm tra cả bộ phớt gồm vòng O, ống xếp cao su, chi tiết truyền động, lò xo và làm kín của mặt tĩnh.
Vì sao phớt có thể rò sau khi bơm được nạp lại nước?
Một sai lầm thường gặp trong bảo trì là cho rằng phớt còn tốt vì rò rỉ dừng khi chất lỏng trở lại.
Khi chạy khô đã làm thay đổi mặt chà, màng chất lỏng ban đầu có thể không phục hồi đúng. Biến dạng, chai bóng, nứt, cặn hoặc mòn không đều có thể thay đổi vùng tiếp xúc.
Vì thế, rò rỉ có thể xuất hiện ngay khi bơm khởi động lại. Trường hợp khác, phớt chạy thêm một thời gian ngắn rồi lượng rò tăng dần.
Nếu gặp phớt cơ khí rò rỉ sau khi lắp đặt, hãy kiểm tra bơm đã được mồi và xả khí hoàn toàn trước lần khởi động đầu hay chưa. Đồng thời, xác nhận hệ thống flush hoặc barrier đã hoạt động trước khi trục quay.
Không tự ý siết nắp phớt hoặc tăng lực nén lò xo. Những thao tác đó không thể sửa mặt chà hỏng do nhiệt; tải mặt chà tăng còn có thể làm ma sát và hư hỏng nặng thêm.
Kiểm tra phớt sau khi nghi ngờ chạy khô
Bắt đầu bằng ghi nhận sự kiện vận hành trước khi tháo bơm. Xác định bể có cạn, áp suất hút giảm, van đóng, flush dừng hoặc nhiệt độ công nghệ thay đổi hay không.
Tiếp theo, kiểm tra cả hai mặt chà dưới ánh sáng sạch và đủ sáng. Tìm dấu chai bóng, vết xước, mòn không đều, đổi màu, cặn, sứt mép, nứt hoặc vết tiếp xúc bất thường. Giữ hai mặt quay và tĩnh cùng nhau để đối chiếu vết mòn.
Kiểm tra cả làm kín phụ: vòng O hóa cứng, elastomer bị ép dẹt, phồng rộp, nứt hoặc giảm độ linh hoạt do nhiệt. Kiểm tra lò xo và chi tiết truyền động xem có cặn hoặc chuyển động bất thường không.
Cuối cùng, kiểm tra bơm. Tình trạng ổ bi, dịch chuyển trục, xâm thực, rung, đường ống tắc và lỗi đường hút có thể góp phần gây sự cố. Phớt mới không thể sửa một hệ thống bơm không ổn định.
Mục tiêu không chỉ là xác nhận phớt đã hỏng mà phải tìm ra vì sao màng bôi trơn biến mất.
Cách ngăn phớt cơ khí chạy khô
Biện pháp hiệu quả nhất bắt đầu trước khi động cơ quay. Quy trình và bộ điều khiển phải giảm khả năng khởi động phớt bôi trơn ướt thông thường khi chưa có chất lỏng.
Mồi bơm và xả khí đầy đủ
Nạp đầy thân bơm và buồng phớt trước khi khởi động. Xả khí bị kẹt tại các điểm cao theo yêu cầu thiết kế thiết bị.
Không mặc nhiên cho rằng có chất lỏng tại đầu nối hút nghĩa là buồng phớt đã ngập hoàn toàn. Hình học bơm có thể giữ túi khí quanh vùng làm kín.
Sau bảo trì, hãy tuân thủ danh sách chạy thử xác định sẵn thay vì chỉ dựa vào trí nhớ người vận hành.
Xác nhận hệ thống flush và barrier trước khi trục quay
Nếu phớt dùng flush bên ngoài, vòng tuần hoàn, buffer hoặc barrier tăng áp, phải thiết lập các điều kiện cần thiết trước khi khởi động bơm.
Kiểm tra vị trí van, mức chất lỏng, áp suất, nhiệt độ và tuần hoàn theo đúng thiết kế hỗ trợ phớt.
Nếu tắc nghẽn lặp lại từng gây hư hỏng, phải điều tra nguồn nhiễm bẩn thay vì chỉ súc rửa đường ống sau mỗi lần dừng.
Sử dụng bảo vệ mức thấp và lưu lượng thấp
Bảo vệ tự động giúp ngăn lỗi thao tác biến thành hư hỏng phớt. Công tắc mức bể, bảo vệ áp suất hút, giám sát lưu lượng và liên động bơm phù hợp có thể dừng thiết bị trước khi mất nguồn chất lỏng.
Thiết bị đo cần thiết phụ thuộc quy trình. Tuy nhiên, triết lý điều khiển phải xử lý được các tình huống chạy khô có thể dự đoán.
Hệ thống chuyển chất lỏng thường xuyên xả cạn bể cần được chú ý đặc biệt.
Khắc phục lỗi đường hút và hóa hơi
Nếu xuất hiện dấu hiệu chạy khô khi bơm vẫn còn chất lỏng, cần điều tra điều kiện thủy lực.
Kiểm tra hạn chế đường hút, lọc rác tắc, điều kiện NPSH không đủ, nhiệt độ môi chất quá cao, khí cuốn theo và hoạt động lệch xa dải thiết kế của bơm.
Đồng thời xem chất lỏng có thể hóa hơi ngay trong buồng phớt hay không. Cải thiện môi trường phớt có thể hiệu quả hơn thay phớt bằng loại cao cấp liên tục.
Chọn phớt theo rủi ro vận hành thực tế
Một số ứng dụng không thể loại bỏ hoàn toàn mất bôi trơn trong thời gian ngắn. Xả cạn bể, quy trình theo mẻ, chất lỏng có áp suất hơi cao và chuyển đổi trạng thái công nghệ có thể tạo nguy cơ chạy khô dự đoán được.
Trong những trường hợp này, hãy cho nhà cung cấp biết trình tự vận hành trước khi chọn vật liệu. Công nghệ mặt chà đặc biệt, lớp phủ, cấu hình phớt chuyên dụng hoặc hệ thống phớt kép có thể tăng độ tin cậy.
Tuy nhiên, nâng cấp vật liệu không thay thế quy trình đúng. Ngay cả mặt chà SiC cũng không có nghĩa được phép chạy khô một phớt ướt thông thường.
Phớt cơ khí có chịu được chạy khô vài giây không?
Không có khoảng thời gian chạy khô an toàn chung cho mọi phớt cơ khí bôi trơn bằng chất lỏng thông thường.
Khả năng sống sót phụ thuộc tốc độ quay, đường kính mặt chà, tải mặt chà, cặp vật liệu, thiết kế phớt, lượng chất lỏng còn bám, nhiệt độ, áp suất và mức làm mát còn lại. Điều kiện ít gây dấu hư hỏng rõ ở một bơm có thể phá hỏng phớt ở bơm khác.
Vì vậy, tránh quy tắc kiểu “chạy khô vài giây vẫn được”. Trừ khi nhà sản xuất phớt phê duyệt cụ thể, chỉ khởi động sau khi có môi trường bôi trơn đúng yêu cầu.
Nếu xảy ra sự cố ngoài ý muốn, hãy điều tra nguyên nhân và dữ liệu vận hành trước khi quyết định có thể tiếp tục chạy an toàn hay không.
Câu hỏi thường gặp
Chạy khô có luôn làm hỏng phớt cơ khí không?
Không phải sự kiện nào cũng gây hư hỏng nhìn thấy ngay. Tuy nhiên, phớt ướt thông thường phụ thuộc màng bôi trơn ổn định. Ngay cả sự cố ngắn cũng có thể thay đổi trạng thái mặt chà hoặc tăng mòn. Cách an toàn nhất là loại bỏ chạy khô và điều tra mọi sự kiện mất bôi trơn đáng kể.
Phớt cơ khí SiC có chạy khô được không?
SiC có độ cứng, chống mài mòn và đặc tính nhiệt rất tốt. Tuy nhiên, phớt SiC thông thường vẫn phụ thuộc điều kiện bôi trơn thiết kế. Khả năng chạy khô phải được xác định theo toàn bộ kết cấu phớt, công nghệ mặt chà và phê duyệt vận hành, không chỉ theo tên SiC.
Tắc đường flush có thể gây chạy khô không?
Có. Nếu phớt phụ thuộc lưu lượng flush để bôi trơn, làm mát hoặc duy trì môi trường lỏng quanh mặt chà, mất lưu lượng có thể gây chạy khô một phần hoặc nghiêm trọng. Phải xác định nguyên nhân flush dừng trước khi khởi động lại.
Có nên thay phớt sau khi chạy khô không?
Điều đó phụ thuộc sự kiện và tình trạng phớt. Nếu có rò rỉ, quá nhiệt, tiếng ồn bất thường hoặc hư hỏng mặt chà nhìn thấy, cần kiểm tra thêm. Với thiết bị quan trọng, tuân thủ yêu cầu kiểm tra của nhà sản xuất bơm và phớt thay vì mặc nhiên coi phớt vẫn sử dụng được.
Kết luận
Khi phớt cơ khí chạy khô, vấn đề cốt lõi là mất màng bôi trơn và làm mát ổn định giữa hai mặt chà. Ma sát tăng, nhiệt độ lên cao và hư hỏng có thể lan từ mặt chà sang elastomer cùng những chi tiết lân cận.
Phòng ngừa đáng tin cậy phụ thuộc vào mồi bơm, xả khí, lưu lượng hỗ trợ phớt, điều kiện thủy lực, bộ điều khiển vận hành và chọn phớt đúng. Quan trọng nhất, hãy xác định vì sao màng chất lỏng biến mất trước khi lắp thêm một phớt mới.
