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对于机械密封圈,我们了解的太少了

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对于机械密封圈,我们了解的太少了

发布日期:2018-02-08 作者: 点击:

对于机械密封圈,我们了解的太少了 


100多年来,人们采 用填料一类的多种密封材料,使液体 从液泵壳体沿着主轴的向外泄漏量不断减少。尽管现 代工艺流程中采用的液泵,仍然广 泛地沿用最古老的密封设计——填料盒,因为其起步费用低,而且又 为工厂的工作人员所熟悉。然而,由于环境问题的关系,采用填 料密封的方法已逐渐不能被人们所接受,特别是 针对现代工艺流程中比较普遍的、腐蚀性 较强的液体而言。因此,在实际应用中,以机械 密封代替填料密封的情况越来越多。

密封的 基本要素机械密封是利用两个平面互相摩擦运行的原理,达到密封的目的。旋转密 封面安装于液泵的主轴上,而固定 密封面安装于密封压盖内。由于一 个密封面是运动的,而另一 个密封面是静止不动的,因此将 这类密封称之为动态密封。

旋转面 与静止面之间的密封是决定密封性能最关键的因素基础的机械密封,其中有4个泄漏通路需要密封:

1.密封面之间的通路;

2.旋转面 与主轴之间的通路;

3.固定面 与压盖之间的通路;

4.压盖与 填料盒之间的通路。

后两种 泄漏通路一般采用静态密封,因为两 部分之间不存在相对运动。这部分 的密封通常都称之为三次密封,其密封 材料为垫片或与工艺流程液体相适应的O型密封圈。

在较老的密封设计中,位于旋 转面下的二次密封留有一定的间隙,可在主轴上前后运动,因此易 于引起磨损和过早失效。然而在 较新的密封设计中,二次密 封处于静止状态,因此可 避免在主轴上出现磨损腐蚀问题。在液泵的正常操作中,旋转面 和静止面之间因填料盒中的液体所产生的压力而使其保持在密封状态,在起动和停机时,填料盒 的压力由弹簧产生的压力维持(甚至可 以由弹簧的压力来代替)。大部分 机械密封的设计采用较软的材料来制作旋转面,使其在 较硬的静止面上旋转摩擦。多年来,最通用 的组合是利用碳材料作为旋转面,使其在 陶瓷静止面上运行。

这类材 料目前仍在普遍使用,但静止 面则选用不锈钢或更硬的材料制作,例如碳化钨或碳化硅。不管采用什么材料,总之在 接触面之间必须保持一层液体薄膜,以起到润滑的作用。然而,在填料盒内,采用弹 簧负载和液体压力相结合的方式,可以使 密封面之间起到很好的密封作用。但密封压力太高,则会影 响接触面之间形成液体薄膜,导致热 量增加和过早的磨损。如果密封压力太低,接触面 之间的间隙增大,容易造成液体泄漏。密封制 造厂正在不断地努力提高接触面的平直度,他们采 用特殊的抛光板进行研磨。然后,采用单 色光源的光栅板对其检测。

从这一观点出发,对这些 密封接触面必须小心处理,并严格按照安装说明,保证密 封面得到适当的保护和正确就位,这一点是非常重要的。密封的 灵活性选择主轴的轴向和径向运动需要与弹簧之间保持一定的灵活性,以保证 接触面之间的密封。然而,只能提 供一定程度的灵活性。液泵的 机械状况及其长度直径比(一种主 轴的直径与其延伸长度之比的衡量方式,比值越低越好)对密封 的可靠性起着重要的作用。密封的 灵活性一般由一个大型主弹簧和一系列小弹簧或波纹密封装置提供保证。化学工 业所采用的传统密封设计,其密封 压力施加于旋转面上,这种密 封称之为旋转密封,因为弹 簧或波纹密封装置与主轴一起旋转。比较新颖的设计,其弹簧 或波纹密封装置安装于静止面上。在现在的机械密封上,上述两 种密封方式都有非常普遍的应用,这样对 于安装具有一定的灵活性。早期设 计的许多机械密封采用单一的大型弹簧围绕主轴排列,在液泵起动过程中,可为密 封面提供很强的密封力。密封的 作用依靠主轴的旋转来绷紧弹簧卷。后期设 计的密封采用一系列较小的弹簧,排列于主轴的周围,可对密 封面产生比较均匀的负荷压力。由于较 小的弹簧可以事先安装,因此大 部分这类密封完全与所泵的液体相隔离。

采用多个较小的弹簧,可对密 封面产生比较平均的负荷压力,因此对 堵塞具有更大的敏感性。对许多 腐蚀性较强的应用领域,最通用 的设计是采用金属波纹管密封装置。该波纹 管由一系列的金属圆盘焊接而成,形成一 个防止渗漏的波纹密封装置。采用这 一装置可使密封面之间的密封压力更加均匀,而且在 密封面上不需要增加二次密封,这样自 然就不会产生任何腐蚀磨损现象。图3金属波 纹管密封装置一般应用于腐蚀性较强的液体一般来说,虽然其 主要的密封压力依赖于填料盒本身的压力,但弹簧 和波纹管可补偿液泵在起动和停机过程中因主轴运动的压力不足,使密封 面始终保持一定的密封压力。腐蚀磨 损问题由于多种原因,例如包括轴承的公差、轴端余隙、振动和主轴偏差,都会使 液泵的主轴产生径向和轴向运动。

此外,由于将 接触面之间保持绝对平行是十分困难的,因此机 械密封本身的内部产生移动也是很正常的。这类移 动往往是由于设备和安装公差、热膨胀、管路应 力或主轴调试不当所造成。为了使 密封面之间始终保持互相配合,弹簧起 到了机械密封与运动主轴之间的恒定调节作用。当旋转 面和主轴之间采用人造橡胶密封时,该弹性 体就会在主轴上来回运动。这种重复摩擦动作,会磨蚀 主轴上的防腐材料,失去主 轴的氧化膜保护层,最终会 在主轴的摩擦面上形成磨损沟槽,造成液 体从沟槽中泄漏,并增加 必要的维修工作量或甚至更换主轴。为了解决这一问题,一般在 填料盒内安装一个可更换的轴套。然而,解决腐 蚀磨损问题的唯一永久办法是去除其内部的动态密封。现在,大部分 主要密封制造厂生产非腐蚀磨损型密封,以防止 液泵零件的腐蚀磨损。平衡和 非平衡式密封机械密封的平衡对接触面的密封压力有很大影响。这一密 封压力取决于密封本身的有效截面以及填料盒内的压力。非平衡 型密封的旋转面相反一侧的截面完全暴露于填料盒的压力范围之下,这种情 况会使密封面之间产生很高的密封压力,从而会 使工作温度提高,加快磨损速度。在高温 工作条件下或液体具有较大腐蚀性和磨擦性的情况下,会大大 降低机械密封的使用寿命。对机械密封加以平衡,可降低密封压力,延长密封的使用寿命。

一般采 用带有台阶的主轴和轴套,降低旋 转面的有效截面,就可达到上述目的。不过千 万别将净密封压力调节到接近零的水平,因为这 样做的结果可能会造成密封面之间的工作状况不稳定,并可能 会因突然的变故而将密封吹开。解决这 些密封问题的答案也许是采用非平衡式密封,对于某些服务来说,也许采 用非平衡式密封能达到更好的效果。例如,在某些应用领域,与密封 的使用寿命相比,也许更 强调对液体泄漏造成的安全性问题。在这种情况下,对密封 的选用也许可理解为更希望选择具有较高的密封压力。同样,在选用 较冷液体的密封时,操作温 度的增加也许是微不足道的。不管出于何种考虑,当填料盒的压力超过50psi时,一般推 荐使用平衡式密封。内密封 和外密封最通常的做法是将密封安装在填料盒的内部。但这种 做法要求在密封维修时将液泵的湿端拆卸下来,其主要 好处是密封的环境卫生易于控制。外密封 的安装方式是将静态密封面的方向颠倒过来,主轴上 的旋转单元位于填料盒压盖的外面。

外密封 主要具有以下五大好处:

1.安装容易;

2.费用相对较低;

3.可以连续监控和清洁;

4.适于无 法在内部安装密封的很小填料盒;

5.由于其位置接近轴承,对主轴 偏差的困难影响较少。

其主要 缺点是离心力会将固体颗粒从密封的下面甩向密封的接触面上。因此,这类密 封主要适用于清洁且不含有磨料的液体。近年来,分离式 密封已成为外密封中的另一重要附加特性。分离式 密封是一个成套总成,安装于 填料盒与轴承套之间,采用这种设计,在密封需要更换时,不需要 每次都拆卸液泵。这类密 封结合探讨其他设计标准正在逐步开发之中。由于这 种设计易于更换密封,因此应 抵制仅仅只更换密封件的这种诱惑,而对出 现故障的根源不做进一步的调查,这一点非常重要。弹筒式 密封弹筒式密封是一种集全部功能于一身的密封装置,其内部 包括所有的密封元件、压盖和轴套。由于这 类密封不需要任何严格的安装措施,安装程序大大简化,同时密 封面和密封弹性体都得到很好的保护,可防止意外的损坏。这些优 点也意味着可缩减密封的维修和更换时间。

自身带 有全部功能的弹筒式密封装置,采用这 种密封可简化安装程序,同时可 保护内部各个元件,免受意外损坏。各种弹 筒式密封几乎都可以在市场上购得,因此可 以减少使用中出现的风险因素,而且还 可以节约使用普通密封件所固有的维修时间。双重密 封和液体阻隔装置采用双重密封面的密封来代替单一的密封件具有更高程度的防漏特性。这类双 重密封大都应用于挥发性强、有毒、易致癌、危险和 润滑性很差的液体。

双重密 封一般有三种设计型式,每种型 式都要求在双重密封面之间使用一种液体阻隔系统,以防止 液体或气体外泄。比较常 用的低成本双重密封是一种以背靠背方式安装的密封,其旋转 密封面以相反的方向排列。它往往 需要一种阻隔液体,其压力 应高于填料盒压力,大约为20psi,这样就 可保证内部的密封始终能得到阻隔液体的润滑,而且也 可保证密封面达到一定的密封压力。在结构 比较复杂的面对面型式密封中,旋转密 封面之间是以面对面方式排列的,它们往 往在同一静止密封面的相反方向上动作。这类密 封既可采用高压阻隔液体系统,也可采 用低压阻隔液体系统。这类密 封的旋转面采用面对面方式进行安装,并采用 高压或低压阻隔液体系统第三种设计型式的密封采用串行式排列方式,即两个 旋转密封面都离开叶轮,朝着同一个方向排列。这种密 封的阻隔液体压力一般低于液泵的压力。实际上 相当于两个密封、两级降 压的联合工作装置。

所有各 类型双重密封装置都需要阻隔液体系统。它们一 般属于外部的闭环系统,其内部 所使用的液体一般是不同的,但必须 与工艺流程中的液体相匹配。该系统 包括一个储液槽,其位置 应尽量靠近密封。这些系 统的设计变化范围很大。有的系 统在密封中采用一种泵环,而其它 一些系统则采用热虹吸效应原理。储液槽 中的液体往往采用辅助加热或辅助冷却的方法。此外,还可以 增加一个报警装置,提醒工 作人员及时更换液体。根据被 密封液体的性质,阻隔液 体系统可采用低于或高于填料盒压力进行工作。为了使 整个驱动操作过程中达到零泄漏的目标,密封行 业还开发了气体阻隔密封,这类密 封采用氮气等一类的惰性气体来代替液体阻隔系统。在采用 气体阻隔的双重密封中,如果其 密封面的内部出现故障,所泄漏 的只是惰性气体,而其内 部的液体不会渗漏,从而不 会造成环境污染。不管是 采用液体还是气体,阻隔系 统必须适合于特定的密封使用,并且一 旦密封面内部出现任何故障的时候,应能立即识别报警,以便能 及时采取适当的措施。

环境控 制在许多应用领域中,凡是安装密封的地方,需要考 虑到密封的可靠操作和控制环境,因此必 须注意以下几点:

1.密封应 安装于高强度主轴上,并保持最小偏差。尽管工 业标准对密封面规定的最大偏差为0.002in,但对主 轴的要求甚至可以更高一些。

2.应将密 封安装于大口径密封室内,这样可 提高密封的可靠性。这类产 品各液泵制造厂几乎都能提供。

3.控制填料盒的内压,以避免达到闪点。

4.将填料 盒内的温度保持在密封材料的工作参数范围之内。

5.保持填 料盒内液体的清洁。

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