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離心泵機械密封的泄漏分析及其改進

2024-04-17

1 引言

船舶上需要使用不同類型的泵來輸送介質如水、燃油、滑油等等,其中以離心泵常見。它具有造價低廉、結構簡單、緊湊、排量大而均勻、能運送甚至含有固體顆粒的液體等諸多優(yōu)點。機械密封是一種依靠彈性元件和介質壓力壓緊動、靜環(huán)端面從而達到密封的部件,具有能阻止泄漏、減少摩擦損耗、提高機器效率和可靠性等優(yōu)點,目前大多數(shù)的離心泵軸封都是采用機械密封。機械密封是離心泵的主要易損件之一,因而泵的故障多數(shù)是由密封失效所導致的。據(jù)統(tǒng)計,機械密封失效導致泵的故障占設備故障率的50%以上,所以有必要對離心泵的機械密封泄漏進行分析改進,以降低泵的故障率。

2 機械密封的結構及工作原理

目前,大多數(shù)離心泵使用的都是機械密封,是靠一對相對運動的環(huán)的端面相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用。機械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副,動環(huán)隨泵軸旋轉并在彈簧壓力作用下緊緊地壓在靜環(huán)上作相對運動。這樣,在動環(huán)和靜環(huán)之間就形成了運動密封。一般要保持動靜環(huán)之間液膜的厚度適宜,太厚泄漏量增加,太薄會發(fā)生干摩擦損壞密封面。另外,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,保證密封介質不外漏,并防止雜質進入密封端面。密封元件(密封圈)起密封動環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙的作用,同時還能吸收不利于運動密封面的沖擊振動。

2.1 機械密封的結構

機械密封主要由以下元件構成:

(1)主要動密封元件:動環(huán)和靜環(huán)。動環(huán)與靜環(huán)卡在軸套上,同泵軸一起旋轉,靜環(huán)固定在壓蓋內(nèi),用防轉銷來防止它轉動。密封是靠動環(huán)與靜環(huán)的端面相對運動貼合。

(2)輔助密封元件:動、靜環(huán)密封圈。

(3)壓緊元件:彈簧(或波紋管)。

(4)傳動元件:傳動座。

2.2 工作原理

一般機械密封有4個可能泄漏點:(1)動環(huán)與靜環(huán)之間,動環(huán)與靜環(huán)之間存在運動間隙,液膜的厚度將影響它的泄漏量;(2)動環(huán)與軸套之間,動環(huán)可以沿軸向竄動;(3)靜環(huán)與壓蓋之間,屬于靜密封點;(4)泵蓋與壓蓋之間,也屬于靜密封點。

3 機械密封泄漏分析

3.1 靜密封泄漏

靜密封主要是指靜環(huán)與壓蓋和泵蓋與壓蓋之間的泄漏。原則上講他們之間的間隙越小,則泄漏量越小。

靜密封點泄漏多數(shù)是由于密封圈的缺陷造成,如密封圈尺寸不合適或本身有傷、老化變質等,特別要注意輸送的介質對密封圈的腐蝕與加速老化。只要結構和材料選擇正確,密封圈質量合格和安裝合乎要求,靜密封基本上是可以滿足密封要求的。

3.2 動密封泄漏

動密封泄漏主要指動環(huán)與靜環(huán)和動環(huán)與軸套之間的泄漏,理論上影響動密封效果的主要有以下幾方面:

(1)輸送介質方面:泵輸送介質壓力愈高泄漏量會愈多;粘度低的介質較粘度高的易泄漏;帶顆粒和易結垢的介質比干凈穩(wěn)定的易泄漏。

(2)泵軸方面:一般來說,軸愈粗則密封面愈寬,對垂直偏差也愈敏感,故愈易泄漏;軸在運轉中愈易擺振,則愈易泄漏;轉速愈高愈易泄漏。泵軸的軸向竄量過大,軸向力偏大,擾度偏大,對動密封效果將產(chǎn)生影響。機械密封又稱端面密封,是一種旋轉軸向的接觸式動密封,它是在流體介質和彈性元件的作用下,兩個垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋轉,從而達到密封效果,因此要求兩個密封面之間要受力均勻。若泵軸向竄量大,造成密封端面距離增加,影響泄漏量;若軸向力偏大,使動環(huán)與靜環(huán)壓得過緊,加劇磨損;擾度偏大,使密封面之間的受力不均勻,導致密封效果不好發(fā)生泄漏。

4 改進措施 

根據(jù)機械密封泄漏分析可以看出,靜密封泄漏主要由密封圈的材料決定,隨著工藝水平的發(fā)展,會得到明顯的改善;動密封的泄漏點主要還是集中在動、靜環(huán)的兩端面的相對運動產(chǎn)生摩擦,所以考慮從動靜環(huán)設計著手來改善密封泄漏。

(1)減少旋轉慣性

在機械密封組件中,一般動環(huán)部分的質量比靜環(huán)部分大,故運轉起來旋轉動量大。泵在起停時或電力不穩(wěn)定時,動靜環(huán)端面之間的液膜還沒有很好的建立起來,容易造成端面的干摩擦,損壞密封組件。通過減少動環(huán)的質量并適當增加靜環(huán)的質量,降低了旋轉慣性質量,減小動靜環(huán)端面間摩擦造成的危害,從而提高了整個機封組件的穩(wěn)定性和可靠性。

(2)動環(huán)端面的改進

動靜環(huán)兩端面間的接觸摩擦是造成機械密封失效的主要原因,而可以通過改善它們間的端面來降低摩擦。接觸式密封的接觸端面經(jīng)常在一起摩擦,造成摩擦副端面溫度過高,出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象,端面間同時存在氣液兩種狀態(tài),使摩擦副密封狀態(tài)失穩(wěn),導致泄漏,尤其是在開停機或供電不穩(wěn)時,更容易加劇摩擦。所以盡量使端面之間形成一層穩(wěn)定的液膜,可以通過在動環(huán)端面開一系列的小螺旋槽,使端面之間形成穩(wěn)定的液膜,這與減少旋轉慣性的方法也是相對應的。注意安裝時,應使螺旋槽的旋向與泵工作軸的轉向相同。

(3)彈簧性能的改進

利用波紋管代替彈簧,除了更好地保持彈簧彈性和耐腐蝕性外,還有一點就是它直接與動環(huán)接合,不用輔助密封圈,減少了一個泄漏點。或在結構上采取彈簧保護措施,使彈簧不與海水接觸。

5 結束語 

隨著工藝操作水平的提高、檢修質量的改善、備件質量的保證,機械密封越來越能達到其設計使用壽命,而其意外失效的情況也會相應減少。同時,我們也要加強泵的使用管理、維修保養(yǎng)等方面,避免人為因素的影響。

來源:網(wǎng)絡

(版權歸原作者或機構所有)

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