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機械密封的輔助設備

  • 機械密封為什么要用輔助設施
在流體機械中(如泵、壓縮機、攪拌釜和離心機等),工作條件最苛刻的部件要算機械密封。像推力軸承那樣承受軸向力;像換熱器那樣把產(chǎn)生的熱量導出。在高溫、高壓、易腐蝕等部位實(shí)現靜密封已經(jīng)比較困難,要求在高速旋轉中,在幾毫米寬的密封端面上實(shí)現動(dòng)密封就更加困難了。為了解決這個(gè)棘手的問(wèn)題,經(jīng)過(guò)一系列長(cháng)期的實(shí)踐,我們找到了兩個(gè)途徑:一是從密封的結構和材料入手,使其適應苛刻的工作條件。這種做法花費的代價(jià)較高,盡管如此,仍不能從根本上解決問(wèn)題。一旦密封失效,后果嚴重。另一途徑是通過(guò)輔助設施改善工作環(huán)境。目前,實(shí)際工作中不用任何輔助設施的機械密封實(shí)屬罕見(jiàn)。如高壓使用的串聯(lián)機械密封以及高溫泵的機械密封等都必須采用相應的輔助設施。通過(guò)輔助設施,將某些苛刻的工作環(huán)境改變?yōu)槊芊饽芙邮艿?,使機械密封的效果大大提高,使用范圍更加寬廣。機械密封工作中產(chǎn)生的摩擦熱,使密封端面溫度升高,如不采取相應的設施,會(huì )產(chǎn)生許多不良后果。
  1. 溫度升高使密封端面間液膜汽化,磨損加劇,使密封失效;
  2. 溫度升高使動(dòng)靜環(huán)產(chǎn)生熱變形,泄漏增大、磨損加??;
  3. 溫度升高也加劇了介質(zhì)對機械密封的腐蝕;
  4. 溫度升高使輔助密封圈老化、變質(zhì)而失效;
  5. 溫度升高,浸漬合成樹(shù)脂的石墨,因樹(shù)脂碳化而性能下降,浸金屬的石墨環(huán),因金屬熔化而泄漏。
由此可見(jiàn),不允許的溫升是機械密封的大敵。輔助設施的目的在于減少這種人們不希望的溫升,保持密封端面間的良好潤滑狀態(tài),使機械密封各零件良好、正常地工作。在易汽化介質(zhì)中,保證密封腔中的壓力,使之不汽化;在低溫泵的密封中可起到保溫和供熱的作用;對于有固體顆粒出現的結晶和強腐蝕介質(zhì)的密封,還能保持密封不受損害。因此,有的國家把輔助系統稱(chēng)為保護系統。1983年中國石化總公司組織了對七大石化企業(yè)的機泵密封調查認為:“國外引進(jìn)的離心泵和壓縮機的軸封,根據不同條件都帶有不同的輔助設施。實(shí)踐證明,往往結構合理,材料良好而忽視了輔助設施,造成困難的工作條件,導致密封早期失效。反之,有些場(chǎng)合的結構和材料還不足以滿(mǎn)足工作條件的要求,采用有效的輔助設施,結果促使密封滿(mǎn)足了工作條件的要求,順利地運轉”。
有的機械密封工作溫度、壓力和速度等不太高,不用輔助設施也可以工作。但是,從密封的穩定性和使用壽命的觀(guān)點(diǎn)考慮,采用輔助設施是有利的。因此,應當把輔助設施看成是機械密封的組成部分,根據不同的工作條件,采用不同的輔助設施。國際上通用的美國石油學(xué)會(huì )標準(離心泵API610),對此都做了具體的規定。正確、合理地選用輔助設施,不僅對密封的穩定性而且對延長(cháng)使用壽命都有重要意義:對安全生產(chǎn)以及對減少漏損、減少維修工作量和降低生產(chǎn)成本有一定的作用,必須給予足夠的重視。
輔助設施也稱(chēng)為密封循環(huán)保護系統,或簡(jiǎn)稱(chēng)為密封系統或保護系統。
  • 機械密封的輔助設施包括哪些內容
機械密封的輔助設施是許多元件的統稱(chēng)。由過(guò)濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、壓力罐、增壓罐、各種監測儀表、管路和管件等組成。實(shí)際工作中,可用一種或幾種,根據具體條件選定。通過(guò)沖洗、冷卻、過(guò)濾和分離等方式,實(shí)現對機械密封的潤滑、冷卻或調溫、沖洗、凈化、稀釋和沖掉泄漏介質(zhì),改善密封的工作環(huán)境。
所有輔助設施中最主要的工作方式是沖洗。所謂沖洗是將密封流體注入到密封腔內,完成潤滑、冷卻、凈化等功能,將不利的環(huán)境改變?yōu)槊芊饽芙邮艿墓ぷ鳝h(huán)境。沖洗的種類(lèi)很多,按沖洗方式和密封流體的不同可分為自沖洗、循環(huán)沖洗和注入式?jīng)_洗。自沖洗是用泵本身產(chǎn)生的壓差或密封腔內的泵送裝置產(chǎn)生的壓差,使被密封介質(zhì)通過(guò)密封腔形成閉合回路實(shí)現沖洗;循環(huán)沖洗是通過(guò)產(chǎn)生壓差的設施(例如泵送環(huán)等)使外加的密封流體(有人稱(chēng)隔離液)進(jìn)行循環(huán),達到?jīng)_洗的目的;注入式?jīng)_洗是被密封介質(zhì)不宜做密封流體時(shí),從外部注入另一種液體到密封腔內,改善密封工作條件的一種方法。
溫度調節設施:用溫度適宜的流體,對密封腔、靜環(huán)及其它零部件進(jìn)行冷卻或保溫(或加熱),達到提高密封穩定性和延長(cháng)使用壽命的目的。這些設施不與被密封流體接觸(或混合)。需要指出的是沖洗兼有溫度調節設施的功能,可直接冷卻密封件。
過(guò)濾和分離:在進(jìn)行沖洗時(shí)用過(guò)濾器和旋液分離器將密封流體中的雜質(zhì)濾掉,保證密封端面不受損傷。
輔助設施除上述外,還有實(shí)現上述功能用的換熱器、孔板、儲壓罐及儀表等,所有這些構成了密封系統。
  • 循環(huán)沖洗用于什么工作條件
循環(huán)沖洗是通過(guò)一個(gè)泵送裝置使外加的密封流體進(jìn)行循環(huán)(圖62)。這里有兩點(diǎn)需引起注意,一是“泵送裝置”,可以是外加的油站和密封腔形成閉合回路進(jìn)行循環(huán),也可在密封腔中裝設一個(gè)泵,或者是用熱虹吸的原理使流體循環(huán)。另一點(diǎn)要注意的是“外加的密封流體”。這種沖洗方式用在雙端面或多端面密封上,在單端面密封上不采用。


 

循環(huán)沖洗也有人稱(chēng)為“外循環(huán)”。

  • 注入式?jīng)_洗用在什么場(chǎng)合
對于內裝單端面密封,當被密封介質(zhì)不宜作密封流體時(shí),比如被密封介質(zhì)含固體顆粒(如煉油廠(chǎng)催化裂化裝置中的油漿泵)或溫度高、粘度大(如煉油廠(chǎng)常減壓裝置中的塔底泵),需從外部引入密封流體(煉油廠(chǎng)常用蠟油和柴油餾分),注入到密封腔中,改善密封的工作環(huán)境。對于采用單端面密封的高溫泵、易結晶或含固體顆粒以及腐蝕介質(zhì)泵,均可采用注入式?jīng)_洗。
注入式?jīng)_洗有人簡(jiǎn)稱(chēng)為“沖洗”。
  • 沖洗液進(jìn)入密封腔的方式有幾種

沖洗液進(jìn)入密封腔的方式有兩種:?jiǎn)吸c(diǎn)沖洗和多點(diǎn)沖洗。
單點(diǎn)沖洗:沖洗液由一個(gè)流出口沖洗密封,又可分為徑向、軸向和切向三種方式(圖63)。


 

徑向沖洗:密封流體沿徑向垂直沖洗摩擦副(圖63a),結構簡(jiǎn)單,是應用較多的一種方式。但沖洗量不可過(guò)大,以防止將石墨環(huán)沖出缺口。
軸向沖洗(圖63c):密封流體沿軸向進(jìn)入密封腔,避免了對石墨環(huán)的沖蝕作用,可用于腐蝕介質(zhì)的泵中。
切向沖洗(圖63b):沖洗液沿切線(xiàn)方向沖洗摩擦副,是單點(diǎn)沖洗中較好的方式。
單點(diǎn)沖洗結構簡(jiǎn)單,但密封周?chē)鷾囟确植疾痪鶆?。為了避免沖蝕石墨環(huán),徑向沖洗液流入密封腔的流速不要高于3m/s,沖洗孔的直徑不要小于5mrn。為此都要控制沖洗量。切向沖洗使密封面圓周的溫度趨于均勻,也減少了對石墨環(huán)的沖蝕,是值得推薦的方法。
多點(diǎn)沖洗(圖64):沖洗液沿圓周多個(gè)小孔同時(shí)進(jìn)入密封腔,并起沖洗作用。多點(diǎn)沖洗克服了單點(diǎn)沖洗的缺點(diǎn),使摩擦副周?chē)臏囟确植几鶆?。但結構較為復雜,需增加一個(gè)沖洗環(huán),內設6~8個(gè)小孔,孔徑3~4mm。多點(diǎn)沖洗用在易汽化的介質(zhì)中,也可用在產(chǎn)生摩擦熱較多的高pv值場(chǎng)合。
沖洗孔位置應盡量開(kāi)設在摩擦副處,以便更好地把熱量導走。單點(diǎn)沖洗不能直接對準石墨環(huán)(靜環(huán)),也不能遠離摩擦副,使沖洗作用減弱。


 

 

  • 沖洗量是怎樣確定的

理論上講沖洗量是按密封裝置的熱平衡原理計算確定。產(chǎn)生的熱量中有摩擦副的摩擦熱、密封旋轉產(chǎn)生的攪拌熱、泵內流體傳到密封處的熱量等。散失熱量的方式有壓蓋急冷、密封腔夾套冷卻和自然冷卻。產(chǎn)生的熱量減去散失的熱量,兩者的差值應是沖洗帶走的熱量。該計算麻煩,有很多數據是選取的,計算f結果沒(méi)有多大的意義。根據長(cháng)期的實(shí)踐和經(jīng)驗,沖洗量在3~30L/ min,可根據密封規格(直徑)和介質(zhì)的種類(lèi)選取(見(jiàn)表32)。


 

根據選取的沖洗量,對易揮發(fā)介質(zhì)或溫度較高的介質(zhì)沖洗量要適當大一些。

  • 怎樣控制沖洗量

沖洗量可以用節流閥來(lái)改變,也可以用限流孔板來(lái)控制。由于節流閥沒(méi)有量的概念,所以現在大多用限流孔板。按需要的沖洗量和孔板前后的壓差來(lái)確定孔板的直徑。換言之,孔徑確定后,孔板前后的壓差一定,沖洗量就確定了,無(wú)法調節??捎糜嬎愕姆椒ń频匕纯装辶髁抗接嬎憧装宓目讖?,但是由于孔板結構不同,計算結果需通過(guò)實(shí)驗進(jìn)行修正。既然如此,直接用實(shí)驗結果更為方便。所以,沖洗量大都用實(shí)驗圖表查得。
目前用的孔板有兩種結構。一種是法蘭聯(lián)接的,另一種是螺紋聯(lián)接的。法蘭聯(lián)接的孔板結構簡(jiǎn)單(圖65),拆裝方便。厚度為4~6mm的圓板帶有一“尾巴”,以便于安裝,上面打鋼印,表示孔徑的數值。通常用不銹鋼板制造。這種結構的孔板,流量、孔徑和壓差的關(guān)系見(jiàn)(圖66)。


 

對于不用做冷卻的沖洗量控制不是很?chē)?,對于冷卻后再用做沖洗的,量則要求較為準確,這涉及到冷卻水量和冷卻后的溫度。如果沖洗量很少,孔板直徑又不能太小(太小了容易堵塞),這時(shí)可以采用孔板串聯(lián)的方法。采用自沖洗時(shí),泵出口裝一孔板,經(jīng)冷卻器后再裝一孔板,通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)孔板的流量約等于一個(gè)孔板流量的70%。
螺紋連接孔板見(jiàn)(圖67)。它相當于一個(gè)噴嘴,與前者的不同在于孔板較長(cháng)。

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