機(jī)械密封外部影響條件

      1.1　泵軸的軸向竄量大
　　機(jī)械密封的端面要有一定的比壓, 這樣才能保持較好的間隙起到密封作用,。這就要求機(jī)械密封的彈性元件要有一定的壓縮量, 能給密封端面一個(gè)作用力, 使密封端面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這個(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)際現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中, 由于設(shè)計(jì)的不合理, 往往泵軸會(huì)產(chǎn)生比較大的竄量, 對(duì)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。
　　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0.05 ～0.1 mm, 滿足機(jī)械密封的允許軸向竄量0.5 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。
　　泵經(jīng)過長(zhǎng)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,密封端面打開，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
　　1.2　軸向力偏大
　　機(jī)械密封在使用過程中，無法承受軸向力。若存在軸向力，會(huì)對(duì)機(jī)械密封造成嚴(yán)重影響。由于泵的軸向力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，制造、安裝和使用等方面的原因，導(dǎo)致軸向力未能被有效抵消。當(dāng)機(jī)械密封承受軸向力時(shí)，運(yùn)行時(shí)密封壓蓋的溫度會(huì)升高。對(duì)于聚丙烯類介質(zhì)，高溫下會(huì)發(fā)生熔融現(xiàn)象。因此，在泵啟動(dòng)后，密封效果很快失效，而在泵靜止時(shí)，密封端面會(huì)出現(xiàn)間歇性噴漏的情況。
　　1.3　泵軸的撓度偏大
　　機(jī)械密封，亦稱為端面密封，是一種針對(duì)旋轉(zhuǎn)軸向的接觸式動(dòng)密封方式。其工作原理基于流體介質(zhì)和彈性元件的共同作用，通過確保兩個(gè)垂直于軸心線的密封端面緊密貼合并相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)有效的密封。因此，保持兩個(gè)密封端面之間受力均勻是至關(guān)重要的。然而，由于泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可能存在不合理之處，導(dǎo)致在泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械密封安裝處產(chǎn)生較大的撓度。這種撓度會(huì)使得密封面之間的受力分布不均勻，進(jìn)而影響密封效果，使其不佳。
　　1.4　沒有輔助沖洗系統(tǒng)或輔助沖洗系統(tǒng)設(shè)置不合理
　　機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)具有極其關(guān)鍵的作用，它能夠有效地保護(hù)密封面，實(shí)現(xiàn)冷卻、潤(rùn)滑以及清除雜物等功能。然而，有時(shí)候設(shè)計(jì)員在配置輔助沖洗系統(tǒng)時(shí)可能不夠合理，導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)期的密封效果；有時(shí)即便設(shè)計(jì)人員已經(jīng)設(shè)計(jì)了輔助系統(tǒng)，但由于沖洗液中存在雜質(zhì)、流量和壓力不足、沖洗口位置設(shè)計(jì)不合理等問題，也會(huì)導(dǎo)致密封效果不佳。
　　1.5　振動(dòng)偏大
　　機(jī)械密封振動(dòng)偏大，最終可能導(dǎo)致失去密封效果。然而，造成機(jī)械密封振動(dòng)過大的原因往往不是密封本身的問題，而是泵的其他部件存在缺陷。例如，泵軸設(shè)計(jì)不合理、加工質(zhì)量差、軸承精度不足、聯(lián)軸器平行度不良以及徑向力過大等，都可能成為振動(dòng)的根源。
1.6　泵汽蝕的原因
　　由于裝置系統(tǒng)的操作不當(dāng)，加上泵進(jìn)口的汽蝕性能不佳以及泵轉(zhuǎn)速過高，導(dǎo)致在泵入口處出現(xiàn)局部汽蝕現(xiàn)象。當(dāng)汽蝕發(fā)生時(shí)，水中會(huì)產(chǎn)生氣泡。這些氣泡一方面會(huì)沖擊機(jī)械密封的外表面，導(dǎo)致其表面損壞；另一方面，還會(huì)使動(dòng)靜環(huán)吻合面的流動(dòng)膜中也含有氣泡，無法形成穩(wěn)定的流動(dòng)膜，進(jìn)而引起動(dòng)靜環(huán)吻合面的干摩擦，最終導(dǎo)致機(jī)械密封裝置的損壞。
　　1.7　機(jī)械加工精度不夠
　　在機(jī)械加工的精度問題上，存在著多種可能的原因。其中，機(jī)械密封的自身加工精度不足往往容易被察覺并受到重視。然而，有時(shí)候問題出在其他泵部件上，比如泵軸、軸套、泵體和密封腔體等，它們的加工精度不夠，這些問題則較難引起人們的注意。這些不精準(zhǔn)的部分會(huì)極大地影響機(jī)械密封的性能，從而對(duì)整體的密封效果產(chǎn)生負(fù)面影響。
　　2  應(yīng)采取的措施
　　2.1　消除泵軸竄量大的措施
　　為了實(shí)現(xiàn)軸向力的合理平衡并消除軸向位移，對(duì)于多級(jí)離心泵而言，存在兩種較為理想的設(shè)計(jì)方案。第一種方案結(jié)合了平衡盤和軸向止推軸承，其中平衡盤負(fù)責(zé)平衡軸向力，而軸向止推軸承則用于限制泵軸的軸向移動(dòng)。另一種方案則是采用平衡鼓與軸向止推軸承的組合，此方案中平衡鼓承擔(dān)大部分軸向力的平衡工作，殘余的軸向力由軸向止推軸承處理，同時(shí)該軸承也對(duì)泵軸進(jìn)行軸位限制。在此方案中，設(shè)計(jì)一個(gè)高效的平衡鼓是關(guān)鍵，以確保其能有效平衡掉主要的軸向力。對(duì)于單級(jí)泵和中開式泵等其他類型的泵，設(shè)計(jì)時(shí)需要采取相應(yīng)措施，確保泵軸的位移量控制在機(jī)械密封所要求的范圍內(nèi)。
　　2.2　消除軸向力偏大的措施: 
　　為了有效平衡軸向力并為機(jī)械密封提供優(yōu)越的工作環(huán)境，需要精心設(shè)計(jì)軸向力平衡機(jī)制。在電力、石油和化工等關(guān)鍵行業(yè)使用的設(shè)備中，每一件產(chǎn)品在出廠前都必須經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修正問題。對(duì)于某些關(guān)鍵泵而言，可在轉(zhuǎn)子上增設(shè)一個(gè)軸向力測(cè)量環(huán)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向力的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而保證一旦發(fā)現(xiàn)問題就能立即處理。
　　2.3　消除泵軸撓度偏大的措施
　　這種現(xiàn)象大多存在臥式多級(jí)離心泵中, 在設(shè)計(jì)時(shí)采取以下措施
　　(1) 縮短兩端軸承之間的距離。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)。
　　(2) 增加泵軸的直徑。在設(shè)計(jì)泵軸直徑的時(shí)候,不要簡(jiǎn)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。
　　(3) 提高泵軸材料的等級(jí)。
　　(4) 泵軸設(shè)計(jì)完成后, 對(duì)泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗(yàn)計(jì)算。
　　2.4　增加輔助沖洗系統(tǒng)
　　在條件允許的情況下，應(yīng)設(shè)計(jì)輔助沖洗系統(tǒng)。沖洗壓力通常需高于密封腔壓力0.07～0.1 MPa，若輸送介質(zhì)易汽化，則需高于汽化壓力0.175～0.2 MPa。密封腔壓力的計(jì)算需考慮泵的結(jié)構(gòu)型式和系統(tǒng)壓力等因素。當(dāng)軸封腔壓力很高或接近其使用極限時(shí)，可將液體從密封腔引至低壓區(qū)，以帶走摩擦熱。推薦的沖洗量見表1。
根據(jù)泵的操作條件，合理配置管路和附件，如冷卻器、孔板、過濾器、閥門、流量指示器、壓力表及溫度計(jì)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。
　　2.5　消除泵進(jìn)口汽蝕的措施
　　(1) 提高泵的汽蝕性能水平, 滿足現(xiàn)場(chǎng)裝置的汽蝕性能的要求。
　　(2) 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配。
　　(3) 現(xiàn)場(chǎng)安裝和工況調(diào)節(jié)要給泵創(chuàng)造有利的條件。
　　2.6　消除泵振動(dòng)的措施
　　(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。
　　(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。
　　(3) 泵、電機(jī)、底座、現(xiàn)場(chǎng)管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí), 要嚴(yán)格把關(guān), 消除振動(dòng)源。
　　(4) 現(xiàn)場(chǎng)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。
　　2.7　嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
　　在機(jī)械行業(yè)中，泵產(chǎn)品與機(jī)械密封產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師需嚴(yán)格遵守國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師必須深入理解并貫徹標(biāo)準(zhǔn)中每一項(xiàng)條款的具體含義，確保這些要求被完整地體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中。然而，當(dāng)前仍有許多設(shè)計(jì)師未能充分領(lǐng)悟標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際內(nèi)涵，他們往往只是簡(jiǎn)單模仿舊圖紙或依賴過時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，這種做法嚴(yán)重阻礙了我國產(chǎn)品質(zhì)量的提升和國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)，準(zhǔn)確理解和執(zhí)行最新的技術(shù)規(guī)范，已成為機(jī)械行業(yè)設(shè)計(jì)師亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　3　結(jié)束語
　　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:
　　(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(chǎng)其它設(shè)備對(duì)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。
　　(2) 增加對(duì)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。
　　(3) 對(duì)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) 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(duì)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。