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發(fā)表于 2006-10-27 19:48:20
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Re: 水泵機(jī)械密封常見滲漏現(xiàn)象及對策,？
目前機(jī)械密封在泵類產(chǎn)品中的應(yīng)用非常廣泛，而隨著產(chǎn)品技術(shù)水平的提高和節(jié)約能源的要求,，機(jī)械密封的應(yīng)用前景將更加廣泛,。機(jī)械密封的密封效果將直接影響整機(jī)的運(yùn)行，尤其是在石油化工領(lǐng)域內(nèi),，因存在易燃,、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,。 O' y ?9 F2 L6 t5 O# a9 S4 P
& `, W, F( s4 t$ n( `& n% [; G1機(jī)械密封的原理及要求 9 Q$ u: @" M9 p
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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。
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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。
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2 外部條件影響的原因分析
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9 J( R p8 L) k N1 S2.1泵軸的軸向竄量大 + J# `8 ~6 g/ _7 M2 c; X
- Z; q- _4 t5 O3 h% U: M. H' O4 L) P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,。
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4 N/ E; z, y% r) V- T+ [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0105 ～011 mm,，滿足機(jī)械密封的允許軸向竄量015 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,。
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j3 @- P9 K/ V4 d. f2 B: D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,。
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) L7 S1 [8 k7 Z0 @ H' T7 J q2.2軸向力偏大 0 e7 V, H0 I, D
5 z5 s+ K, j* I+ m. E0 W9 S* w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,。 9 j4 t' F: ]4 }' Z" f
5 W( a9 H# i8 Q B! U; I# F+ P2.3泵軸的撓度偏大
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/ e' I' r' |# | C6 M$ P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,。 8 z% G1 @3 D/ ^5 X
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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
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4 X2 Z$ n( U- a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,。 % E* x' D+ F% s' @4 R
8 ]0 c2 r- C$ ?# O" a2.5振動(dòng)偏大
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4 Z. u& S2 P @4 V* [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。
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3 W" e: ~% l' C& e- m2.6泵汽蝕的原因
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; k: Y2 u( D6 i' b2 Q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,。
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0 ^, \+ K7 k8 r2.7機(jī)械加工精度不夠
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' u% |# k+ J" I9 }8 ?+ v! \4 B. i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,。這些原因的存在對機(jī)械密封的密封效果是非常不利的。
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3應(yīng)采取的措施 % T# k6 g' o0 H
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3.1消除泵軸竄量大的措施 # g7 r- x% x( s! K4 k
# _# ]4 N0 I3 h; C# p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)。 " V+ U$ D% g A d
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3.2消除軸向力偏大的措施
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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,。 / ~5 t* B, I' F/ s; P
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3.3消除泵軸撓度偏大的措施 + w2 q& r: L. N
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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：
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7 O, e: m" S" d: ]1 s0 V& I7 V(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),。
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' d. c! x; O& b/ D/ F- z(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),。 : \5 `, b% P0 `9 b8 J F: a* H
6 P& A0 I3 z! |& }6 z(3) 提高泵軸材料的等級(jí)。
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(4) 泵軸設(shè)計(jì)完成后,，對泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗(yàn)計(jì)算,。 3 d$ }# O4 `+ X) j, r, Q% r/ V
& P& R9 z& {4 q6 i% W3.4增加輔助沖洗系統(tǒng) ; X0 L, G: Z* ~, k
z+ v3 ]. e) j& w5 W. m8 j2 l/ U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。 5 `' h- m9 @. E
. a- q+ K( l( F6 `* j7 ~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,。
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3.5消除泵進(jìn)口汽蝕的措施 + n2 p1 I5 y" a) N2 p
* d. B6 ]% A& q, t r3 I; O6 \4 g(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,。
# u: B* B& g- X0 P4 I(2) 現(xiàn)場試驗(yàn)裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配,。
% }% M- N7 b8 O2 }$ w(3) 現(xiàn)場安裝和工況調(diào)節(jié)要給泵創(chuàng)造有利的條件。 % n+ ^. a; H! \6 K
+ Z0 l1 A* j4 q7 g6 [5 r7 A# Q3.6消除泵振動(dòng)的措施
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(1) 泵產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中,，要充分分析振動(dòng)的來源,，以消除振動(dòng)源。
' e$ c1 _7 g- [+ `(2) 泵產(chǎn)品的制造裝配過程中,，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行,，消除振動(dòng)源。 9 u% [3 M$ Y2 e7 o* L) r
(3) 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。 ) A2 S' w0 G- z
(4) 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。
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3.7嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) ; \& F$ N. z p
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泵產(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)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn),，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中,，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)過程中,。到目前為止,，有很多設(shè)計(jì)員還沒有理解標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際含義，沒有嚴(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),。這種作法對提高我國產(chǎn)品技術(shù)水平和進(jìn)入國際市場是非常不利的。提高標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)識(shí),，是目前機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)員迫切需要解決的問題,。 0 r7 D- x: R3 e. ]+ U$ N& H2 W. j' J
2 c1 [: U$ `: S* s9 ~/ }- Y6 I4 結(jié)束語 ' a# n1 G% B4 Z/ p2 _1 Q3 u
) X% M4 O' F& K% _5 C' G4 h( f! L在設(shè)計(jì)泵用機(jī)械密封時(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,。在實(shí)際工作中要注意以下幾個(gè)問題：
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(1) 在泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到泵其它零部件以及現(xiàn)場其它設(shè)備對機(jī)械密封的使用效果的影響，為機(jī)械密封創(chuàng)造一個(gè)良好的外部條件,。
( T$ C* T T6 ?
& f8 v) j) t" o(2) 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,。 ( ]* x9 E$ @; L1 X$ s3 ]) o/ ^" I
, D6 d# w' {; S6 R(3) 對重要泵產(chǎn)品的機(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,。 4 k7 y" H4 ^3 j" R2 Q& Z8 O
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(4) 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,。 ( K7 N% a4 ?$ x$ s7 S
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