A ختم آلي عادةً ما يتعطل خلال ١٠-٣٠ ثانية من التشغيل الجاف تمامًا، مع أن بعض التصاميم المتخصصة قد تصمد لعدة دقائق. يعتمد وقت التعطل الدقيق على مواد سطح الختم، وسرعة العمود، ودرجة الحرارة، وظروف الضغط. بدون تزييت مناسب، وجوه الفقمة تولد حرارة شديدة بسبب الاحتكاك، مما يسبب أضرارًا فورية تؤدي إلى فشل كارثي.
لماذا تفشل الأختام الميكانيكية بسرعة كبيرة عند التشغيل في حالة الجفاف؟
تتعطل الأختام الميكانيكية بسرعة عند تجفيفها، لأن الاحتكاك بين أسطحها يُولّد درجات حرارة تتجاوز 1,000 درجة فهرنهايت (538 درجة مئوية) في ثوانٍ. هذه الحرارة الشديدة تُسبب تشقق أسطحها، أو انحناءها، أو حتى لحامها.
أثناء التشغيل العادي، تفصل طبقة رقيقة من السائل (بسمك 0.00002 بوصة فقط) أسطح الختم، ما يؤدي إلى تبديد الحرارة. عند اختفاء هذه الطبقة، يُسبب التلامس المباشر بين السطحين الدوار والثابت مشاكل فورية.
يحدث الضرر على ثلاث مراحل. أولًا، ترتفع درجة الحرارة خلال ثانيتين أو ثلاث. ثم تُسبب الصدمة الحرارية كسورًا دقيقة في مواد السطح الصلب مثل كربيد السيليكون أو كربيد التنغستنوأخيرًا، إما أن تتشقق وجوه الختم تمامًا أو تبدأ المادة الأكثر ليونة (عادةً الكربون) في الذوبان والترسيب على الوجه الأكثر صلابة.
ما هي العوامل التي تحدد المدة التي يمكن أن يتحملها الختم في حالة التشغيل الجاف؟
مواد وجه الختم
تُحدث مواد سطح الختم فرقًا كبيرًا في مدة صمود التشغيل الجاف. يتحمل كربيد السيليكون المُستخدم مع كربيد السيليكون ظروف الجفاف بشكل أفضل من معظم التركيبات، حيث قد يستمر لمدة دقيقة إلى دقيقتين بسرعات منخفضة. عادةً ما يفشل كربيد الكربون المُستخدم مع السيراميك أو التنغستن في غضون 10-20 ثانية.
رمح سرعة
تؤثر سرعة العمود بشكل مباشر على زمن التعطل. فالختم الذي يعمل بسرعة 3,600 دورة في الدقيقة يتعطل أسرع بأربع مرات تقريبًا من ذاك الذي يعمل بسرعة 1,800 دورة في الدقيقة. السرعات العالية تعني احتكاكًا أكبر وتراكمًا أسرع للحرارة.
ضغط النظام
يلعب ضغط النظام دورًا حاسمًا أيضًا. فالضغط العالي يُجبر أسطح الختم على الالتصاق ببعضها بإحكام أكبر، مما يزيد الاحتكاك. قد يتعطل ختم عند ضغط 150 رطل/بوصة مربعة أسرع بمرتين من ختم عند ضغط 50 رطل/بوصة مربعة.
درجة الحرارة
درجة الحرارة قبل بدء التشغيل الجاف مهمة أيضًا. إذا كان الختم ساخنًا بالفعل نتيجة التشغيل العادي، فستكون قدرته الحرارية على امتصاص الحرارة الزائدة الناتجة عن التشغيل الجاف أقل.
الأسئلة الشائعة
ما هو الحد الأدنى المطلق للوقت الذي يمكن أن يظل فيه الختم الميكانيكي القياسي جافًا؟
ستظهر علامات التلف على معظم الأختام الميكانيكية القياسية في غضون 5 إلى 10 ثوانٍ من التشغيل الجاف تمامًا، مع حدوث فشل كارثي عادةً في غضون 30 ثانية في ظل سرعات وضغوط التشغيل العادية.
هل يمكن أن يؤدي إضافة الماء إلى إنقاذ ختم جاف؟
قد يؤدي إضافة الماء على الفور (خلال أول 5 ثوانٍ) إلى منع حدوث ضرر دائم، ولكن الصدمة الحرارية الناتجة عن إضافة سائل بارد إلى أسطح الختم الساخن قد تتسبب أيضًا في حدوث تشققات، لذا فمن الأفضل إيقاف تشغيل الجهاز أولًا.
ما هو الفرق بين التشغيل الجاف والتشغيل الميت؟
يعني التشغيل الجاف التشغيل بدون سائل على أسطح الختم، في حين يعني التوقف التام تشغيل المضخة مع إغلاق صمام التفريغ - يمكن أن يؤدي كلا الأمرين إلى إتلاف الأختام، ولكن التشغيل الجاف يسبب الفشل بشكل أسرع بكثير.
