目前我們廠里用的泵大部分是機(jī)械密封的，而隨著產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節(jié)約能源的要求,，對整臺(tái)泵使用壽命要求的提高,需要泵能夠連續(xù),、高效的運(yùn)行。因此機(jī)械密封的密封效果將直接影響整機(jī)的運(yùn)行,，我們廠里生產(chǎn)所用的原料存在易燃,、易爆、易揮發(fā),、劇毒等介質(zhì),，機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏,，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，嚴(yán)重的還將出現(xiàn)重大安全事故,。人們在分析質(zhì)量故障原因時(shí),，往往習(xí)慣在機(jī)械密封自身方面查找原因，例如：機(jī)械密封的選型是否合適,，材料選擇是否正確,，密封面的比壓是否正確，摩擦副的選擇是否合理等等,。而很少在機(jī)械密封的外部條件方面去查找原因,，例如：泵給機(jī)械密封創(chuàng)造的條件是否合適，輔助系統(tǒng)的配置是否合適,，而這些方面的原因往往是非常重要的,。我們這里從泵用機(jī)械密封的外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應(yīng)采取的合理措施。
1 機(jī)械密封的原理及要求
機(jī)械密封是靠一對相對運(yùn)動(dòng)的環(huán)的端面A (一個(gè)固定,，另一個(gè)與軸一起旋轉(zhuǎn),，見圖1) 相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用，這種裝置稱為機(jī)械密封,。
機(jī)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圖1 機(jī)械密封原理示意圖 在靜環(huán)端面上,，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的,。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使泵在不運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)械密封在實(shí)際運(yùn)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運(yùn)行的,，同時(shí)通過其基本原理可以看出,，機(jī)械密封的正常運(yùn)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(jī)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。只有滿足類似這樣的外部條 再加上良好的機(jī)械密封自身性能,，才能達(dá)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(jī)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(jī)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(zhuǎn)起來使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓,。為了保證這一個(gè)比壓,，機(jī)械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5 mm以內(nèi),。但在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中,，由于設(shè)計(jì)的不合理，往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量,，對機(jī)械密封的使用是非常不利的,。這種現(xiàn)象往往出現(xiàn)在多級(jí)離心泵中，尤其是在泵啟動(dòng)過程中,，竄量比較大,。
圖2 為平衡盤方法平衡軸向力的工作原理。平衡盤工作時(shí)自動(dòng)改變平衡盤與平衡環(huán)之間的軸向間隙b,，從而改變平衡盤前后兩側(cè)的壓差,，產(chǎn)生一個(gè)與軸向力方向相反的作用力來平衡軸向力。由于轉(zhuǎn)子竄動(dòng)的慣性作用和瞬態(tài)泵工況的波動(dòng),，運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子不會(huì)靜止在某一軸向平衡位置,。平衡盤始終處在左右竄動(dòng)的狀態(tài)。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有0.105 ～0.11 mm,，滿足機(jī)械密封的允許軸向竄量0.15 mm的要求,，但平衡盤在泵啟動(dòng)、停機(jī),、工況劇變時(shí)的軸向竄量可能大大超過機(jī)械密封允許的軸向竄量,。
泵經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后，平衡盤與平衡環(huán)摩擦磨損,，間隙b隨著增大,，機(jī)械密封軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用,，吸入側(cè)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(cè)的機(jī)械密封,，隨著平衡盤的磨損，轉(zhuǎn)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(dá)不到密封要求，最終使泵兩側(cè)的機(jī)械密封全部失去密封作用,。
2.2 軸向力偏大
機(jī)械密封在使用過程中是不能夠承受軸向力的,，若存在軸向力，對機(jī)械密封的影響是嚴(yán)重的,。有時(shí)由于泵的軸向力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理及制造,、安裝、使用等方面的原因,，造成軸向力沒有被平衡掉,。機(jī)械密封承受一個(gè)軸向力，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)密封壓蓋溫度將偏高,，對于聚丙烯類的介質(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(xiàn)間斷的噴漏現(xiàn)象,。
2.3 泵軸的撓度偏大
機(jī)械密封又稱端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)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)垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋轉(zhuǎn),，從而達(dá)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(shè)計(jì)的不合理,，泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在機(jī)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(dǎo)致密封效果不好。
2.4 沒有輔助沖洗系統(tǒng)或輔助沖洗系統(tǒng)設(shè)置不合理
機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的,，它可以有效地保護(hù)密封面,，起到冷卻、潤滑,、沖走雜物等作用,。有時(shí)設(shè)計(jì)員沒有合理地配置輔助沖洗系統(tǒng)，達(dá)不到密封效果,； 有時(shí)雖然設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)了輔助系統(tǒng),，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(shè)計(jì)不合理等原因,，也同樣達(dá)不到密封效果。
2.5 振動(dòng)偏大
機(jī)械密封振動(dòng)偏大,，最終導(dǎo)致失去密封效果,。但機(jī)械密封振動(dòng)偏大的原因往往不是機(jī)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(shè)計(jì)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(tǒng)操作不合理以及泵進(jìn)口汽蝕性能不好,、泵的轉(zhuǎn)速偏高,，在泵的入口處發(fā)生局部汽蝕，汽蝕發(fā)生后,，介質(zhì)中會(huì)有氣泡,，它一方面會(huì)沖擊機(jī)械密封面的外表面，使其表面出現(xiàn)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(wěn)定的流動(dòng)膜，造成動(dòng)靜環(huán)的吻合面的干摩擦,，使機(jī)械密封裝置損壞,。
3 應(yīng)采取的措施
3.1 消除泵軸竄量大的措施
合理地設(shè)計(jì)軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量,。為了滿足這一要求,，對于多級(jí)離心泵，比較理想的設(shè)計(jì)方案有兩個(gè)：一個(gè)是平衡盤加軸向止推軸承,，由平衡盤平衡軸向力,，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(dān)，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(shè)計(jì)平衡鼓,，使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級(jí)泵,、中開泵等產(chǎn)品,，在設(shè)計(jì)時(shí)采取一些措施保證泵軸的竄量在機(jī)械密封所要求的范圍之內(nèi),。
3.2 消除軸向力偏大的措施
合理地設(shè)計(jì)軸向力平衡機(jī)構(gòu)，使之能夠真正充分地平衡掉軸向力,，給機(jī)械密封創(chuàng)造一個(gè)良好的條件,。對于一些電廠、石油,、化工等領(lǐng)域應(yīng)用的重要產(chǎn)品,，在產(chǎn)品出廠之前，必須做到臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)檢測和發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,。有些重要的泵可以在轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)一個(gè)軸向測力環(huán),，對軸向力的大小進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決,。
3.3 消除泵軸撓度偏大的措施
這種現(xiàn)象大多存在臥式多級(jí)離心泵中,，在設(shè)計(jì)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(jí)數(shù)不要太多,，在泵總揚(yáng)程要求較高的情況下,，盡量提高每級(jí)葉輪的揚(yáng)程，減少級(jí)數(shù),。
(2) 增加泵軸的直徑,。在設(shè)計(jì)泵軸直徑的時(shí)候，不要簡單地僅考慮傳遞功率的大小,，而要考慮機(jī)械密封,、軸撓度、起動(dòng)方法和有關(guān)慣性負(fù)荷,、徑向力等因素,。很多設(shè)計(jì)員沒有充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。
(3) 提高泵軸材料的等級(jí),。
(4) 泵軸安裝前,，對泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗(yàn)。
3.4 增加輔助沖洗系統(tǒng)
在條件允許的情況下,，盡量設(shè)計(jì)輔助沖洗系統(tǒng),。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0.107 ～0.11 MPa，如果輸送介質(zhì)屬于易汽化的,，則應(yīng)高于汽化壓力0.1175～0.12 MPa。密封腔壓力要根據(jù)每種泵的結(jié)構(gòu)型式,、系統(tǒng)壓力等因素來計(jì)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(qū),，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,。
泵用機(jī)械密封表
根據(jù)每種泵的操作條件，合理地配置管路和附件,。如冷卻器,、孔板、過濾器,、閥門,、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(tǒng)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,，滿足現(xiàn)場裝置的汽蝕性能的要求。
(2) 現(xiàn)場試驗(yàn)裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配,。
(3) 現(xiàn)場安裝和工況調(diào)節(jié)要給泵創(chuàng)造有利的條件,。
3.6 消除泵振動(dòng)的措施
(1) 泵裝配過程中，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行,，消除振動(dòng)源,。
(2) 泵、電機(jī),、底座,、現(xiàn)場管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場安裝時(shí)，要嚴(yán)格把關(guān),，消除振動(dòng)源,。
(3) 現(xiàn)場生產(chǎn)、操作,、維修,、調(diào)節(jié)時(shí)，嚴(yán)格把關(guān),，消除振動(dòng)源,。
4 結(jié)束語
在泵用機(jī)械密封使用時(shí)，不僅要考慮機(jī)械密封本身的影響因素,，而且要考慮機(jī)械密封外部的各種影響因素,。在我們實(shí)際工作中要注意以下幾個(gè)問題：
(1) 增加對機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的重要作用的認(rèn)識(shí)，盡可能配備完善的機(jī)械密封輔助系統(tǒng),，以提高密封效果,。
(2) 對重要泵用機(jī)械密封，要增加保護(hù)措施，提高密封質(zhì)量,，減少密封質(zhì)量事故,。
(3) 分析機(jī)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(jī)械密封運(yùn)行的影響,，采取措施不斷提高機(jī)械密封的效果,。
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