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淺析機械密封在熱水工況中的應用——四川丹羅斯機械制造有限公司
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作者:丹羅斯
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發(fā)布時(shí)間: 3752天前
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摘要：水是各種工藝流程中應用最為廣泛的介質(zhì)。冷水的密封選型通常沒(méi)有困難，而熱水卻是一種很難密封的介質(zhì)，如何為熱水提供價(jià)廉物美又性能可靠的密封長(cháng)期以來(lái)困擾著(zhù)密封行業(yè)。熱水的汽化壓力較高，造成它在流經(jīng)密封面時(shí)容易發(fā)生閃蒸或汽化，同時(shí)熱水的潤滑性能很差，這些特性使得標準的密封設計很難滿(mǎn)足熱水工況的要求。 關(guān)鍵詞：潤滑槽 液體緩沖墊 2 . 熱水工況用傳統的機械密封方案 熱水工況采用的傳統的機械密封絕對不能用熱水直接沖洗密封面，熱水必須首先經(jīng)過(guò)冷卻，將沖洗液溫度降低至65～820C以下。 最常用的熱水工況的密封沖洗方案有API plan 23和API Plan 21。其中API plan 23方案是將熱水從密封腔 ( stuffing box ) 引出，經(jīng)過(guò)一個(gè)換熱器后再沖洗密封面。換熱器使熱水的溫度在重新注入密封腔并沖洗密封面之前降低了。沖洗液循環(huán)的動(dòng)力通常由一個(gè)內置的泵送環(huán)，也稱(chēng)泵效環(huán)（pump ring）來(lái)提供。
API plan 21 是將泵送熱水從泵出口引出，經(jīng)過(guò)換熱器降低溫度，然后注入密封腔并沖洗密封面。API plan 21總的來(lái)說(shuō)不如API Plan 23效率高，因為它需要冷卻的是來(lái)自工藝管線(xiàn)的較高溫度的熱水，在同等工況下通常需要更大的換熱器，其優(yōu)點(diǎn)是沖洗液不需要泵送環(huán)提供動(dòng)力。 此外可以用于熱水工況密封的沖洗方案還有API plan 32。這個(gè)方案API plan 32是采用一路外來(lái)的溫度較低的清潔軟水注入密封腔并沖洗密封面，它的沖洗管路簡(jiǎn)單可靠，但缺點(diǎn)是沖洗水消耗量很大且會(huì )稀釋或冷卻工藝管線(xiàn)的熱水，許多用戶(hù)難以接受。當然還可以采用在密封腔外增加冷卻水夾套的方法來(lái)降低密封腔的熱水溫度。 以上沖洗方案，均要求將密封腔中熱水的溫度降低到標準密封設計所能接受的水平，以使密封達到一個(gè)可以讓人接受的使用壽命；并要求另外提供一路冷卻水，這不但帶來(lái)大量的冷水消耗，而且一旦在操作過(guò)程中冷水中斷就會(huì )迅速導致密封失效。同時(shí)，在這些沖洗方案的使用過(guò)程中還要面對換熱器、夾套腔等處的結垢問(wèn)題，這就降低了密封系統在實(shí)際操作過(guò)程中的可靠性。 以下介紹兩種適用于熱水工況而又無(wú)需冷卻水的密封方式 － “潤滑槽”(Lube Groove)和“液體緩沖墊”(Hydropad)機械密封。
呈線(xiàn)性遞減直到密封面內緣面(ID)。壓力分布形式的改變，限制了液膜在“潤滑槽”所覆蓋的環(huán)形區域內的汽化。 目前“潤滑槽”型式密封是由Flowserve公司生產(chǎn)的。該公司的集裝式密封U,QB及BX都可采用“潤滑槽”型式密封面。以下為“潤滑槽”密封在熱水工況中的應用： 最大密封尺寸： 5 英寸 （127毫米） 最大外緣線(xiàn)速度： 66英尺 / 秒 (20米 / 秒) 最高轉速： 3000rpm 最低轉速： 750rpm 最高密封腔壓力*： 15 Bar 表壓 最高密封腔溫度： 175 0C 密封副材質(zhì)： 石墨，碳化硅，硬質(zhì)合金 推薦的管線(xiàn)方案： API Plan11或API Plan02 注*：最低密封腔壓力應保持在高于熱水的汽化壓力2Bar以上。 在通常情況下，為便于加工，“潤滑槽”一般刻在較軟的密封面上?！皾櫥邸钡拇_切數量以及它的長(cháng)度，深度是由密封端面的尺寸決定的。 4．“液體緩沖墊”（HYDROPAD）密封 “液體緩沖墊”是在動(dòng)靜環(huán)的任一密封面上從外緣沿徑向朝里開(kāi)出凹槽或企口。其深度可以從千分之幾到0.125英寸(即3毫米) 在普通密封中，密封面是均勻的圓環(huán)形。在密封面上開(kāi)槽后，就會(huì )在圓周方向由機械和溫度變化引起變形。在機械方面，由于開(kāi)槽使密封端面的局部強度削弱了；在熱力方面，凹槽使熱量沿密封端面的圓周方向散失速率不同。這兩個(gè)因素造成密封端面發(fā)生波狀變形。由于液膜很薄，密封面上很小的變形都會(huì )對液膜的形成及穩定性產(chǎn)生極大的影響。 波狀變形有助于液膜在密封端面間的延展。液膜厚度沿圓周方向的收縮與擴展產(chǎn)生了一個(gè)使密封面分離的流體推開(kāi)力。這個(gè)流體推力減小了密封面間的機械接觸，熱量產(chǎn)生及密封面磨損。流體推力的大小不僅與密封面的波狀變形而且與密封的操作特性和流體的物理特性有關(guān)。密封面之間的相對速度也是產(chǎn)生流體推力的一個(gè)重要因素。速度越大，流體推力越大。流體的特性，如比重，粘度，蒸汽壓，都會(huì )對液膜產(chǎn)生很大的影響。流體的比重和粘度越小，流體推力越小。由于以上特性，“液體緩沖墊”可以用于熱水，輕烴和氫氟酸等介質(zhì)。 在確定是否需要“液體緩沖墊”時(shí)應考慮以下因素： 1） 汽化壓力： 密封腔的壓力低于液體的汽化壓力加上25 Psi (即1.7 Bar)時(shí)， 應同時(shí)綜合考慮溫度的因素。 2） 壓差： 密封面內外緣的壓差非常低或非常高（大于250 Psi 即17 Bar時(shí)），應考慮采用“液體緩沖墊”型式。因為當流體的壓力很低時(shí)，液體的壓力無(wú)法克服作用在密封面上的彈簧力，難于在密封面上形成所需液膜。而當流體的壓力很高時(shí)，密封面上的所受的液體閉合壓力也很高，同樣難于形成所需液膜。 3） 液體比重： 液體比重小于0.52。 目前，“液體緩沖墊”與“潤滑槽”一樣，均為集裝式密封。Flowserve的 BAW 系列以及John Crane的 LASERFACE系列均為此密封型式。
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