化工泵的密封与及其应用
2017-12-10 01:47:03
1、前言
化工泵的密封历来都是一个令研究者头痛的问题,随着化工泵使用范围的扩大,这一问题就更加突出了。因为化工泵输送的固体颗粒越来越大,液体的有害性越来越严重,这些物质较普通的泥沙对轴及密封的腐蚀和磨损都会更严重缩短密封的使用的时长,而密封一旦失效,泄漏就直接影响着泵的正常运行甚至是操作人员的人身安全。要解决化工泵的密封问题就要了解它的密封形式。
2、化工泵密封的作用
旋转的泵轴和固定(fixed)的泵体间的密封简称轴封。轴封的作用主要是防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内。尽管轴封在泵中所占的位置并不大,但泵能否正常运转却和轴封密切相关(related)。如果轴封选用不当,不但在运转中需要常常维修,漏损非常多被输送的液体,而且可能由于漏出的易燃、易爆和有毒液体引起火灾、爆炸和中毒事故,后果不堪设想。因此,必须合理选用轴封结构才能保证泵的安全运行。
3、化工泵轴封的原理及分类
化工泵的轴封主要有以下几类:填料密封、机械密封、浮动环密封、其它密封等。南方泵业股份有限公司性能的技术参数有流量、吸程、 扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为 容积水泵、叶片泵等类型。 容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量； 叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有 离心泵、 轴流泵和 混流泵等类型。下面针对各种密封的特点来说明它们在化工泵中的应用。
3. 1 填料密封
填料密封是一般泵中最常用的密封机构,它由填料环、填料套、填料,填料压盖、长扣双头螺栓和螺母组成,通过填料和泵轴表面接触阻止介质(起决定作用的物质)通过而达到密封的目的。在相接触的密封副之间,存在着许多细小的间隙和沟槽,因此,施加足够的压紧力以达到必要的密封比压,可使填料产生弹塑性变形以减小间隙。由于轴表面总是有一定的粗糙度,它与填料不可能达到理想接触,必然有微小的间隙存在,这样就形成无数个‘迷宫’。这些微细曲折的间隙对介质多次节流而起到的阻尼作用,以及间隙内滞流边界层等因素所产生的‘迷宫效应’,导致间隙阻塞,实现密封。由此可知,密封作用是在介质进人填料与泵轴的接触面之间的阻塞在间隙内形成的。
流体通过填料密封的泄漏有3 条途径:
①通过(tōng guò)填料与静止件界面的泄漏;
②通过填料本身的泄漏;
③通过(tōng guò)填料与运动界面之间的泄漏。流体通过填料与静止界面的泄漏和流体通过静密封面的泄漏原理一样。流体通过填料本身的泄漏取决于被密封流体的渗透力和软填料本身的内部结构,编结填料易出现这种泄漏。当介质(起决定作用的物质)的渗透力强或介质为气体时,通过填料的渗透泄漏几乎不可避免,但具体的泄漏机制有待进一步探索。对于绝大多数液体介质,泄漏主要是通过填料与运动件之间的界面进行。对于化工泵来说,输送的介质中固体颗粒直径较大在输送过程中很难靠近泵体轴封处的细小间隙,所以需要注意的是,当填料密封在腐化侵蚀 性介质条件下工作腐蚀性液体会渗透到填料中,而当填料中含有可溶性腐蚀性的杂质时,细小颗粒也会随液体进入填料,这些都会引起轴材料(Material)的磨损,同时还会受到腐蚀。尤其是当构成摩擦副组对的2 种材料均为导体时,在电解质溶液中,还有可能发生电偶腐蚀,更加速了轴的腐蚀破坏(vandalism)。所以,化工泵在输送有毒、腐蚀及贵重液体时,由于要求泄漏量小,甚至不准漏出,不能采用填料密封。
3. 2 机械密封
机械密封是靠2 个经过精密加工的动环和静环的端面靠弹簧沿轴向紧接触来达到密封的。(静环固定(fixed),动环与轴一起旋转) 所以又称端面密封。机械密封的结构如图1 所示,为单端面非平衡型大弹簧机械密封的典型结构。图1 中,动环和静环是主要密封元件,动环和静环一般由一软一硬不同的耐磨材料(wear resistant material)组成,如石墨、聚四氟乙烯对硬质合金、陶瓷(原料:非金属矿物)、碳化钨、氮化硅、硌钢等。动环6 套在轴上,动环外径与传动座2 内径是花键连接,传动座螺钉1 压紧在轴上,这样轴旋转时,带动传动座和动环,动环和轴之间有密封环,轴与泵体之间也有密封环8 防止液体往外漏,动环在弹簧力和液体压力的作用下,压紧在静环上达到密封的作用,传动座和动环之间的弹簧推环4 用调节螺钉(图中未标) 来调节弹簧压力的大小,以调节动环与静环之间的密封程度。为防止静环旋转压盖上有防转销,为防止动环因对静环的相对转动产生摩擦而产生的高温烧坏密封面或使液体汽化而造成动环与静环之间的干摩擦,所以一般都要对端面用液体冲洗冷却。
机械密封虽然密封严密可靠,几乎不漏(最多3～5滴/ min) ,但安装使用不当,会增大泄漏,减短寿命,甚至不如填料密封;机械密封的压紧程度必须按样本要求,安装时要轻拿轻放,尤其是摩擦面要保护好,要用棉纸擦。南方泵业股份有限公司是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的 机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括 水、油、酸碱液、 乳化液、悬乳液和 液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。不要用棉丝(尤其是棉丝有铁末时易划伤密封面) 及硬的东西擦,手也少擦;摩擦面要干净,不能夹脏物,安装时要涂一点甘油以防盘车或启动泵时不上液干磨;巡查摩擦面,有否损坏,沟槽,不严重用研磨修理。研磨要用好的平板,8 字研磨;旋转方向,对单弹簧(大弹簧) 要注意(attention)弹簧的旋转方向,弹簧拧紧的方向是对的。尤其是多级泵,一般一个左旋,一个右旋,不要弄错;开泵前先冲洗、冷却,停泵后再冲洗、冷却;静环的缺口对准防转销;新的机械密封须有一定的磨合,1～5 h 开始泄漏量较大,磨合后应小于3～5 滴/ min。如果还泄漏较大应检查原因,加以消除。
机械密封一般用于易燃易爆,有毒及昂贵的液体中或高温高压,极低温,强腐蚀的液体中,这一点正弥补了软填料密封在化工泵应用中的不足。化工泵中不同条件下用不同的机械密封,如双端面密封用于腐蚀、高温、液化气带固体颗粒及纤维、润滑性能差的介质;外装式密封用于粘稠介质以及压力较低的场合。
在一些情况(Condition)下机械密封不宜使用,如开式叶轮（指装有动叶的轮盘）的砂轮,在叶轮的背面设有短的辐射状的背叶片。杭州南方由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵吸水高度不能超过10米，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10米。并且在靠近前面和背面的部分,在泵的端盖和泵体上安装更换简便的衬板,该衬板根据其磨损（零部件失效的一种基本类型）程度,可以在轴的方向朝着叶轮推出。这样,叶轮和衬板的间隙可以不断保持得很小,以使泵的性能经常达到高效率。背叶片不仅起到减轻泵的轴向推力的作用,而其主要目的是借助于离心力来防止粉末侵入填料箱。在这种情况下,也需在填料箱的里侧注入清水。得不到清水时,只好将泵压出的液体用过滤器过滤之后使用。
3. 3 浮动环密封
浮动环密封结构与机械密封相比较简单。南方泵业由此可见，若离心泵叶轮不断旋转，则可连续吸水、压水，水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述，离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提向高处的。泄漏量介于填料密封和机械密封之间。运转可靠,但轴向尺寸略大于其他密封结构。浮动环密封是利用浮动环端面和浮动套端面的接触来实现轴向密封的,如图2 所示:
径向密封是轴套外圆表面与浮动环内圆表面形成的狭窄缝隙以产生节流来密封的。与其他轴封形式相比,浮动环密封有自动调心的优点。因为可以自动调心,所以径向间隙可以作得相当的小。浮动环和轴套之间的间隙及间隙长度是影响(influence)泄漏量的重要因素。
3. 4 其他密封
其他密封形式是根据工作环境的具体情况(Condition)而定,这里只讲几种形式的密封。
加小型泵式的密封是在大型泵中使用,大型泵体积较大,轴封的结构也就相应的增大,零件体积的增大会影响泵各零件的加工难度,从而影响到零件的形位公差及精度,在密封方面其难度较中小型泵大。有时大型泵的泄漏量在有其他形式的轴封的情况下也很大,因此可在大型泵的轴封处加一个小型水泵将泄漏的液体排走。
在叶轮（指装有动叶的轮盘）上加背叶的密封形式,加背叶既可以平衡轴向力,又可以防止固体颗粒进入轴封起到密封的作用,将其应用于泵中还可以使泵结构紧凑,外型简洁,因此在固体颗粒不大,液体无腐蚀或腐蚀性较低的化工泵中应用。
随着科学技术的不断发展,各种技术的不断完善,化工泵性能也越来越优良,它的应用领域随之拓宽了非常多。正如本文开头所说,大颗粒固体介质,高浓度腐蚀性物质及多种物质的混合物已经成为化工泵输送的主要工作对象,这样单一的密封形式由于适合的工况唯一也就慢慢退出了主流位置,接替它的是集多种密封形式于一体的组合密封形式,它可以弥补单一密封形式的不足,提高密封部分的使用寿命,适应各种复杂的工作情况,解决各种物质对泵轴的腐蚀,密封情况也很令人满意。所以这种密封适于复杂情况的使用,如长压重油泵中使用的迷宫- 螺旋密封与机械密封组合使封油压力降低,从而提高机械密封的使用寿命。
4、结语
化工泵的轴封是整个泵密封的主要部分,它决定泵能否正常运转,但各种密封的种类众多,正确选择轴封的形式就要靠经验慢慢积累了。软填料密封结构简单,更换方便,价格便宜,但消耗功率大,压紧力沿轴向分布不均匀,靠近压盖处填料磨损（零部件失效的一种基本类型）最快,在化工泵中一般适用于密封一般介质(起决定作用的物质)。机械密封,性能稳定(wěn dìng),几乎不漏(即使泄漏也小于3～5 滴/ min) ,寿命长,在使用得当、介质干净时, 寿命可达10 000 h。阻力小,消耗功率少,机械效率高。但是结构复杂,价格昂贵,安装、维修要求技术高。在化工泵中一般用于易燃易爆,有毒及昂贵的液体中或高温高压,极低温,强腐化侵蚀 的液体中。浮动环式由于尺寸较大,入口压力大,输送液体温度高的泥浆泵可采用。其他形式密封中尤以组合式密封应用广泛,它密封效果好,使用范围广,在各种复杂机械一般应用的今天越来越被人们所重视,随着科学技术的不断发展,组合式密封必将得到发展。
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