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影響泵用機械密封外部條件的因素
來(lái)源: | 作者:pmt62e8e6 | 發(fā)布時(shí)間: 3736天前 | 4715 次瀏覽 | 分享到:
    目前機械密封在泵類(lèi)產(chǎn)品中的應用非常廣泛,而隨著(zhù)產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節約能源的要求,機械密封的應用前景將更加廣泛。機械密封的密封效果將直接影響整機的運行,尤其是在石油化工領(lǐng)域內,因存在易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等介質(zhì),機械密封出現泄漏,將嚴重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行,嚴重的還將出現重大安全事故。人們在分析質(zhì)量故障原因時(shí),往往習慣在機械密封自身方面。
1 機械密封的原理及要求
機械密封是靠一對相對運動(dòng)的環(huán)的端面A (一個(gè)固定,另一個(gè)與軸一起旋轉,見(jiàn)圖1) 相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用,這種裝置稱(chēng)為機械密封。
機械密封通常由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副,動(dòng)環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上,并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力,可使泵在不運轉狀態(tài)下,也保持端面貼合,保證密封介質(zhì)不外漏,并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動(dòng)環(huán)與軸的間隙B、靜環(huán)與壓蓋的間隙C的作用,同時(shí)對泵的振動(dòng)、沖擊起緩沖作用。機械密封在實(shí)際運行中不是一個(gè)孤立的部件,它是與泵的其它零部件一起組合起來(lái)運行的,同時(shí)通過(guò)其基本原理可以看出,機械密封的正常運行是有條件的,例如:泵軸的竄量不能太大,否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓;機械密封處的泵軸不能有太大的撓度,否則端面比壓會(huì )不均勻等等。只有滿(mǎn)足類(lèi)似這樣的外部條件,再加上良好的機械密封自身性能,才能達到理想的密封效果。
2 外部條件影響的原因分析
2.1 泵軸的軸向竄量大
機械密封的密封面要有一定的比壓,這樣才能起到密封作用,這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量,給密封端面一個(gè)推力,旋轉起來(lái)使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個(gè)比壓,機械密封要求泵軸不能有太大的竄量,一般要保證在0.5 mm以?xún)?。但在?shí)際設計當中,由于設計的不合理,往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量,對機械密封的使用是非常不利的。這種現象往往出現在多級離心泵中,尤其是在泵啟動(dòng)過(guò)程中,竄量比較大。
為平衡盤(pán)方法平衡軸向力的工作原理。平衡盤(pán)工作時(shí)自動(dòng)改變平衡盤(pán)與平衡環(huán)之間的軸向間隙b,從而改變平衡盤(pán)前后兩側的壓差,產(chǎn)生一個(gè)與軸向力方向相反的作用力來(lái)平衡軸向力。由于轉子竄動(dòng)的慣性作用和瞬態(tài)泵工況的波動(dòng),運轉的轉子不會(huì )靜止在某一軸向平衡位置。平衡盤(pán)始終處在左右竄動(dòng)的狀態(tài)。平衡盤(pán)在正常工作中的軸向竄量只有0105 ~011 mm,滿(mǎn)足機械密封的允許軸向竄量015 mm的要求,但平衡盤(pán)在泵啟動(dòng)、停機、工況劇變時(shí)的軸向竄量可能大大超過(guò)機械密封允許的軸向竄量。
泵經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間運行后,平衡盤(pán)與平衡環(huán)摩擦磨損,間隙b隨著(zhù)增大,機械密封軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用,吸入側的密封面的壓緊力增加,密封面磨損加劇,直至密封面損壞,失去密封作用。吐出側的機械密封,隨著(zhù)平衡盤(pán)的磨損,轉子部件的軸向竄量大于密封要求的軸向竄量,密封面的壓緊力減小,達不到密封要求,最終使泵兩側的機械密封全部失去密封作用。
2.2 軸向力偏大
機械密封在使用過(guò)程中是不能夠承受軸向力的,若存在軸向力,對機械密封的影響是嚴重的。有時(shí)由于泵的軸向力平衡機構設計的不合理及制造、安裝、使用等方面的原因,造成軸向力沒(méi)有被平衡掉。機械密封承受一個(gè)軸向力,運轉時(shí)密封壓蓋溫度將偏高,對于聚丙烯類(lèi)的介質(zhì),在高溫下會(huì )被熔融,因此泵啟動(dòng)后很快就失去密封效果,泵靜止時(shí)則密封端面出現間斷的噴漏現象。
2.3 泵軸的撓度偏大
機械密封又稱(chēng)端面密封,是一種旋轉軸向的接觸式動(dòng)密封,它是在流體介質(zhì)和彈性元件的作用下,兩個(gè)垂直于軸心線(xiàn)的密封端面緊密貼合、相對旋轉,從而達到密封效果,因此要求兩個(gè)密封之間要受力均勻。但由于泵產(chǎn)品設計的不合理,泵軸運轉時(shí),在機械密封安裝處產(chǎn)生的撓度較大,使密封面之間的受力不均勻,導致密封效果不好。
2.4 沒(méi)有輔助沖洗系統或輔助沖洗系統設置不合理
機械密封的輔助沖洗系統是非常重要的,它可以有效地保護密封面,起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。有時(shí)設計員沒(méi)有合理地配置輔助沖洗系統,達不到密封效果; 有時(shí)雖然設計人員設計了輔助系統,但由于沖洗液中有雜質(zhì),沖洗液的流量、壓力不夠,沖洗口位置設計不合理等原因,也同樣達不到密封效果。
2.5 振動(dòng)偏大
機械密封振動(dòng)偏大,最終導致失去密封效果。但機械密封振動(dòng)偏大的原因往往不是機械密封本身的原因,泵的其它零部件是產(chǎn)生振動(dòng)的根源,如泵軸設計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因。
2.6 泵汽蝕的原因
由于裝置系統操作不合理以及泵進(jìn)口汽蝕性能不好、泵的轉速偏高,在泵的入口處發(fā)生局部汽蝕,汽蝕發(fā)生后,水中會(huì )有氣泡,它一方面會(huì )沖擊機械密封面的外表面,使其表面出現破損; 另一方面會(huì )使動(dòng)靜環(huán)的吻合面的流動(dòng)膜中也含有氣泡,不能形成穩定的流動(dòng)膜,造成動(dòng)靜環(huán)的吻合面的干摩擦,使機械密封裝置損壞。
2.7 機械加工精度不夠
機械加工精度不夠,原因有很多,有的是機械密封本身的加工精度不夠,這方面的原因容易引起人們的注意,也容易找到。但有時(shí)是泵其它部件的加工精度不夠,這方面的原因,不容易引起人們的注意。例如:泵軸、軸套、泵體、密封腔體的加大精度不夠等原因。這些原因的存在對機械密封的密封效果是非常不利的。
3 應采取的措施
3.1 消除泵軸竄量大的措施
合理地設計軸向力的平衡裝置,消除軸向竄量。為了滿(mǎn)足這一要求,對于多級離心泵,比較理想的設計方案有兩個(gè):一個(gè)是平衡盤(pán)加軸向止推軸承,由平衡盤(pán)平衡軸向力,由軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位; 另一個(gè)是平衡鼓加軸向止推軸承,由平衡鼓平衡掉大部分軸向力,剩余的軸向力由止推軸承承擔,同時(shí)軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位。第二種方案的關(guān)鍵是合理地設計平衡鼓,使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級泵、中開(kāi)泵等產(chǎn)品,在設計時(shí)采取一些措施保證泵軸的竄量在機械密封所要求的范圍之內。
3.2 消除軸向力偏大的措施
合理地設計軸向力平衡機構,使之能夠真正充分地平衡掉軸向力,給機械密封創(chuàng )造一個(gè)良好的條件。對于一些電廠(chǎng)、石油、化工等領(lǐng)域應用的重要產(chǎn)品,在產(chǎn)品出廠(chǎng)之前,必須做到臺臺試驗檢測和發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題。有些重要的泵可以在轉子上設計一個(gè)軸向測力環(huán),對軸向力的大小進(jìn)行隨時(shí)監測,發(fā)現問(wèn)題及時(shí)解決。
3.3 消除泵軸撓度偏大的措施
這種現象大多存在臥式多級離心泵中,在設計時(shí)采取以下措施:
(1) 減少兩端軸承之間的距離。泵葉輪的級數不要太多,在泵總揚程要求較高的情況下,盡量提高每級葉輪的揚程,減少級數。
(2) 增加泵軸的直徑。在設計泵軸直徑的時(shí)候,不要簡(jiǎn)單地僅考慮傳遞功率的大小,而要考慮機械密封、軸撓度、起動(dòng)方法和有關(guān)慣性負荷、徑向力等因素。很多設計員沒(méi)有充分認識到這一點(diǎn)。
(3) 提高泵軸材料的等級。
(4) 泵軸設計完成后,對泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗計算。
3.4 增加輔助沖洗系統
在條件允許的情況下,盡量設計輔助沖洗系統。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0107 ~011 MPa,如果輸送介質(zhì)屬于易汽化的,則應高于汽化壓力01175~012 MPa。密封腔壓力要根據每種泵的結構型式、系統壓力等因素來(lái)計算。軸封腔壓力很高時(shí)或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時(shí),也可由密封腔引液體至低壓區,使軸封液體流動(dòng)以帶走摩擦熱。推薦的沖洗量如表1所示。
根據每種泵的操作條件,合理地配置管路和附件。如冷卻器、孔板、過(guò)濾器、閥門(mén)、流量指示器、壓力表、溫度等。實(shí)際上密封的可靠性和壽命,在很大程度上取決于密封輔助系統的配置。
3.5 消除泵進(jìn)口汽蝕的措施
(1) 提高泵的汽蝕性能水平,滿(mǎn)足現場(chǎng)裝置的汽蝕性能的要求。
(2) 現場(chǎng)試驗裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配。
(3) 現場(chǎng)安裝和工況調節要給泵創(chuàng )造有利的條件。
3.6 消除泵振動(dòng)的措施
(1) 泵產(chǎn)品在設計過(guò)程中,要充分分析振動(dòng)的來(lái)源,以消除振動(dòng)源。
(2) 泵產(chǎn)品的制造裝配過(guò)程中,嚴格按標準和操作規程去執行,消除振動(dòng)源。
(3) 泵、電機、底座、現場(chǎng)管路等輔助設備在現場(chǎng)安裝時(shí),要嚴格把關(guān),消除振動(dòng)源。
(4) 現場(chǎng)生產(chǎn)、操作、維修、調節時(shí),嚴格把關(guān),消除振動(dòng)源。
3.7 嚴格執行設計標準
泵產(chǎn)品的設計和機械密封產(chǎn)品的設計要執行相關(guān)的國內外標準,在產(chǎn)品的設計過(guò)程中,設計員應認真執行標準,深刻理解標準每一條內容的具體意義,將標準內容的要求執行到產(chǎn)品設計過(guò)程中。到目前為止,有很多設計員還沒(méi)有理解標準的實(shí)際含義,沒(méi)有嚴格地去執行新標準,而是盲目地照搬照套老圖紙和老設計員的經(jīng)驗。這種作法對提高我國產(chǎn)品技術(shù)水平和進(jìn)入國際市場(chǎng)是非常不利的。提高標準化認識,是目前機械行業(yè)設計員迫切需要解決的問(wèn)題。
  在設計泵用機械密封時(shí),不僅要考慮機械密封本身的影響因素,而且要考慮機械密封外部的各種影響因素。在實(shí)際工作中要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1) 在泵產(chǎn)品的設計過(guò)程中要充分考慮到泵其它零部件以及現場(chǎng)其它設備對機械密封的使用效果的影響,為機械密封創(chuàng )造一個(gè)良好的外部條件。
(2) 增加對機械密封輔助系統的重要作用的認識,盡可能配備完善的機械密封輔助系統,以提高密封效果。
(3) 對重要泵產(chǎn)品的機械密封,要增加保護措施,提高密封質(zhì)量,減少密封質(zhì)量事故。
(4) 分析機械密封的質(zhì)量事故的原因時(shí),要充分考慮到泵的其它零部件對機械密封運行的影響,采取措施不斷提高機械密封的效果
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