影響泵用機械密封外部條件的研究

影響泵用機械密封外部條件的研究機械密封的原理及要求

2外部條件影響的原因分析

2.1泵軸的軸向竄量大

圖2為平衡盤方法平衡軸向力的工作原理。平衡盤工作時自動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)子竄動的慣性作用與瞬態(tài)泵工況的波動，運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子不可能靜止在某一軸向平衡位置。平衡盤始終處在左右竄動的狀態(tài)。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有0105～011mm，滿足機械密封的同意軸向竄量015mm的要求，但平衡盤在泵啟動、停機、工況劇變時的軸向竄量可能大大超過機械密封同意的軸向竄量。

泵通過長時間運行后，平衡盤與平衡環(huán)摩擦磨損，間隙b隨著增大，機械密封軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用，吸入側(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，達不到密封要求，最終使泵兩側(cè)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。有的時候由于泵的軸向力平衡機構(gòu)設(shè)計的不合理及制造、安裝、使用等方面的原因，造成軸向力沒有被平衡掉。機械密封承受一個軸向力，運轉(zhuǎn)時密封壓蓋溫度將偏高，關(guān)于聚丙烯類的介質(zhì)，在高溫下會被熔融，因此泵啟動后很快就失去密封效果，泵靜止時則密封端面出現(xiàn)間斷的噴漏現(xiàn)象。

2.3泵軸的撓度偏大

2.4沒有輔助沖洗系統(tǒng)或者輔助沖洗系統(tǒng)設(shè)置不合理

機械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它能夠有效地保護密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。有的時候設(shè)計員沒有合理地配置輔助沖洗系統(tǒng)，達不到密封效果；有的時候盡管設(shè)計人員設(shè)計了輔助系統(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)計不合理等原因，也同樣達不到密封效果。

2.5振動偏大

機械密封振動偏大，最終導(dǎo)致失去密封效果。但機械密封振動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)生振動的根源，如泵軸設(shè)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(tǒng)操作不合理與泵進口汽蝕性能不好、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，水中會有氣泡，它一方面會沖擊機械密封面的外表面，使其表面出現(xiàn)破舊；另一方面會使動靜環(huán)的吻合面的流淌膜中也含有氣泡，不能形成穩(wěn)固的流淌膜，造成動靜環(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。但有的時候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。比如：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(yīng)采取的措施

3.1消除泵軸竄量大的措施

合理地設(shè)計軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿足這一要求，關(guān)于多級離心泵，比較理想的設(shè)計方案有兩個：一個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行軸向限位；另一個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，同時軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。第二種方案的關(guān)鍵是合理地設(shè)計平衡鼓，使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。關(guān)于其它單級泵、中開泵等產(chǎn)品，在設(shè)計時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(nèi)。

3.2消除軸向力偏大的措施

合理地設(shè)計軸向力平衡機構(gòu)，使之能夠真正充分地平衡掉軸向力，給機械密封制造一個良好的條件。關(guān)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，務(wù)必做到臺臺試驗檢測與發(fā)現(xiàn)問題與解決問題。有些重要的泵能夠在轉(zhuǎn)子上設(shè)計一個軸向測力環(huán)，對軸向力的大小進行隨時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

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離心泵中，在設(shè)計時采取下列措施：

(1)減少兩端軸承之間的距離。泵葉輪的級數(shù)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(shù)。

(2)增加泵軸的直徑。在設(shè)計泵軸直徑的時候，不要簡單地僅考慮傳遞功率的大小，而要考慮機械密封、軸撓度、起動方法與有關(guān)慣性負荷、徑向力等因素。很多設(shè)計員沒有充分認識到這一點。

(3)提高泵軸材料的等級。

(4)泵軸設(shè)計完成后，對泵軸的撓度要進行校核檢驗計算。

3.4增加輔助沖洗系統(tǒng)

在條件同意的情況下，盡量設(shè)計輔助沖洗系統(tǒng)。沖洗壓力通常要求高于密封腔壓力0107～011MPa，假如輸送介質(zhì)屬于易汽化的，則應(yīng)高于汽化壓力01175～012MPa。密封腔壓力要根據(jù)每種泵的結(jié)構(gòu)型式、系統(tǒng)壓力等因素來計算。軸封腔壓力很高時或者者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時，也可由密封腔引液體至低壓區(qū)，使軸封液體流淌以帶走摩擦熱。推薦的沖洗量如表1所示。

根據(jù)每種泵的操作條件，合理地配置管路與附件。如冷卻器、孔板、過濾器、閥門、流量指示器、壓力表、溫度等。實際上密封的可靠性與壽命，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)場試驗裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配。

(3)現(xiàn)場安裝與工況調(diào)節(jié)要給泵制造有利的條件。

3.6消除泵振動的措施

(1)泵產(chǎn)品在設(shè)計過程中，要充分分析振動的來源，以消除振動源。

(2)泵產(chǎn)品的制造裝配過程中，嚴格按標準與操作規(guī)程去執(zhí)行，消除振動源。

(3)泵、電機、底座、現(xiàn)場管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場安裝時，要嚴格把關(guān)，消除振動源。

(4)現(xiàn)場生產(chǎn)、操作、維修、調(diào)節(jié)時，嚴格把關(guān)，消除振動源。

3.7嚴格執(zhí)行設(shè)計標準

泵產(chǎn)品的設(shè)計與機械密封產(chǎn)品的設(shè)計要執(zhí)行有關(guān)的國內(nèi)外標準，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，設(shè)計員應(yīng)認真執(zhí)行標準，深刻懂得標準每一條內(nèi)容的具體意義，將標準內(nèi)容的要求執(zhí)行到產(chǎn)品設(shè)計過程中。到目前為止，有很多設(shè)計員還沒有懂得標準的實際含義，沒有嚴格地去執(zhí)行新標準，而是盲目地照搬照套老圖紙與老設(shè)計員的經(jīng)驗。這種作法對提高我國產(chǎn)品技術(shù)水平與進入國際市場是非常不利的。提高標準化認識，是目前機械行業(yè)設(shè)計員迫切需要解決的問題。

4結(jié)束語

在設(shè)計泵用機械密封時，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類影響因素。在實際工作中要注意下列幾個問題：

(1)在泵產(chǎn)品的設(shè)計過程中要充分考慮到泵其它零部件與現(xiàn)場其它設(shè)備對機械密封的使用效果的影響，為機械密封制造一個良好的外部條件。

(2)增加對機械密封輔