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影響多級(jí)離心泵用機(jī)械密封的因素
閱讀:212 發(fā)布時(shí)間:2015-11-14前言:人們?cè)诜治鲑|(zhì)量故障原因時(shí),往往習(xí)慣在多級(jí)離心泵機(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。而很少在多級(jí)離心泵機(jī)械密封的外部條件方面去查找原因,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(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的環(huán)的端面A 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(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(duì)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(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(duì)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(lái)運(yùn)行的,同時(shí)通過(guò)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。大西洋泵業(yè)只有滿(mǎn)足類(lèi)似這樣的外部條件,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縮量,給密封端面一個(gè)推力,旋轉(zhuǎn)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(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?xún)?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(duì)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(guò)程中,竄量比較大。
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(cè)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(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(pán)始終處在左右竄動(dòng)的狀態(tài)。大西洋泵業(yè),平衡盤(pán)在正常工作中的軸向竄量只有0105 ~011 mm,滿(mǎn)足機(jī)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(jī)、工況劇變時(shí)的軸向竄量可能大大超過(guò)機(jī)械密封允許的軸向竄量。
多級(jí)離心泵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,平衡盤(pán)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(pán)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,zui終使泵兩側(cè)的機(jī)械密封全部失去密封作用。大西洋泵業(yè)
2.2 軸向力偏大
機(jī)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(duì)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(méi)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(duì)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(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(chēng)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(duì)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(méi)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(rùn)滑、沖走雜物等作用。有時(shí)設(shè)計(jì)員沒(méi)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,zui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,水中會(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。
2.7 機(jī)械加工精度不夠
機(jī)械加工精度不夠,原因有很多,有的是機(jī)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(duì)機(jī)械密封的密封效果是非常不利的。
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(mǎn)足這一要求,對(duì)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(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(duì)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(duì)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,大西洋泵業(yè),使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對(duì)于其它單級(jí)泵、中開(kāi)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(duì)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(cè)和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。有些重要的泵可以在轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)一個(gè)軸向測(cè)力環(huán),對(duì)軸向力的大小進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(jiǎn)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(méi)有充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。
(3) 提高泵軸材料的等級(jí)。
(4) 泵軸設(shè)計(jì)完成后,對(duì)泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗(yàn)計(jì)算。
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0107 ~011 MPa,如果輸送介質(zhì)屬于易汽化的,則應(yīng)高于汽化壓力01175~012 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(lái)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zui高極*,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。
大西洋泵業(yè)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(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(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(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)裝置的汽蝕性能的要求。大西洋泵業(yè)
(2) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配。
(3) 現(xiàn)場(chǎng)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) 泵產(chǎn)品在設(shè)計(jì)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(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行,消除振動(dòng)源。
(3) 泵、電機(jī)、底座、現(xiàn)場(chǎng)管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),要嚴(yán)格把關(guān),消除振動(dòng)源。
(4) 現(xiàn)場(chǎng)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。
3.7 嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
大西洋泵業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和機(jī)械密封產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要執(zhí)行相關(guān)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn),在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)員應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),深刻理解標(biāo)準(zhǔn)每一條內(nèi)容的具體意義,將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的要求執(zhí)行到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中。到目前為止,有很多設(shè)計(jì)員還沒(méi)有理解標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際含義,沒(méi)有嚴(yán)格地去執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn),而是盲目地照搬照套老圖紙和老設(shè)計(jì)員的經(jīng)驗(yàn)。這種作法對(duì)提高我國(guó)產(chǎn)品技術(shù)水平和進(jìn)入市場(chǎng)是非常不利的。