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机械密封的设计与选型
远道阀门 / 2017-03-08

  100多年来,人们采用填料一类的多种密封资料,使液体从液泵壳体沿着主轴的向外走漏量不时减少。虽然现代工艺流程中采用的液泵,依然普遍地沿用最古老的密封设计——填料盒,由于其起步费用低,而且又为工厂的工作人员所熟习。但是,由于环境问题的关系,采用填料密封的办法已逐步不能被人们所承受,特别是针对现代工艺流程中比拟普遍的、腐蚀性较强的液体而言。因而,在实践应用中,以机械密封替代填料密封的状况越来越多。
密封的根本要素机械密封是应用两个平面相互摩擦运转的原理,到达密封的目的。旋转密封面装置于液泵的主轴上,而固定密封面装置于密封压盖内。由于一个密封面是运动的,而另一个密封面是静止不动的,因而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议密封性能最关键的要素根底的机械密封,其中有4个走漏通路需求密封: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。后两种走漏通路普通采用静态密封,由于两局部之间不存在相对运动。这局部的密封通常都称之为三次密封,其密封资料为垫片或与工艺流程液体相顺应的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,因而易于惹起磨损和过早失效。但是在较新的密封设计中,二次密封处于静止状态,因而可防止在主轴上呈现磨损腐蚀问题。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坚持在密封状态,在起动和停机时,填料盒的压力由弹簧产生的压力维持(以至能够由弹簧的压力来替代)。大局部机械密封的设计采用较软的资料来制造旋转面,使其在较硬的静止面上旋转摩擦。多年来,最通用的组合是应用碳资料作为旋转面,使其在陶瓷静止面上运转。
这类资料目前仍在普遍运用,但静止面则选用不锈钢或更硬的资料制造,例如碳化钨或碳化硅。不论采用什么资料,总之在接触面之间必需坚持一层液体薄膜,以起到光滑的作用。但是,在填料盒内,采用弹簧负载和液体压力相分离的方式,能够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构成液体薄膜,招致热量增加和过早的磨损。假如密封压力太低,接触面之间的间隙增大,容易形成液体走漏。密封制造厂正在不时地努力进步接触面的平直度,他们采用特殊的抛光板停止研磨。然后,采用单色光源的光栅板对其检测。
从这一观念动身,对这些密封接触面必需当心处置,并严厉依照装置阐明,保证密封面得到恰当的维护和正确就位,这一点是十分重要的。密封的灵敏性选择主轴的轴向和径向运动需求与弹簧之间坚持一定的灵敏性,以保证接触面之间的密封。但是,只能提供一定水平的灵敏性。液泵的机械情况及其长度直径比(一种主轴的直径与其延伸长度之比的权衡方式,比值越低越好)对密封的牢靠性起着重要的作用。密封的灵敏性普通由一个大型主弹簧和一系列小弹簧或波纹密封安装提供保证。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,由于弹簧或波纹密封安装与主轴一同旋转。比拟新颖的设计,其弹簧或波纹密封安装装置于静止面上。在如今的机械密封上,上述两种密封方式都有十分普遍的应用,这样关于装置具有一定的灵敏性。早期设计的许多机械密封采用单一的大型弹簧盘绕主轴排列,在液泵起动过程中,可为密封面提供很强的密封力。密封的作用依托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,排列于主轴的四周,可对密封面产生比拟平均的负荷压力。由于较小的弹簧能够事前装置,因而大局部这类密封完整与所泵的液体相隔离。
采用多个较小的弹簧,可对密封面产生比拟均匀的负荷压力,因而对梗塞具有更大的敏理性。对许多腐蚀性较强的应用范畴,最通用的设计是采用金属波纹管密封安装。该波纹管由一系列的金属圆盘焊接而成,构成一个避免渗漏的波纹密封安装。采用这一安装可使密封面之间的密封压力愈加平均,而且在密封面上不需求增加二次密封,这样自然就不会产生任何腐蚀磨损现象。图3金属波纹管密封安装普通应用于腐蚀性较强的液体普通来说,固然其主要的密封压力依赖于填料盒自身的压力,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缺乏,使密封面一直坚持一定的密封压力。腐蚀磨损问题由于多种缘由,例如包括轴承的公差、轴端余隙、振动和主轴偏向,都会使液泵的主轴产生径向和轴向运动。
此外,由于将接触面之间坚持绝对平行是非常艰难的,因而机械密封自身的内部产生挪动也是很正常的。这类挪动常常是由于设备和装置公差、热收缩、管路应力或主轴调试不当所形成。为了使密封面之间一直坚持相互配合,弹簧起到了机械密封与运动主轴之间的恒定调理作用。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。这种反复摩擦动作,会磨蚀主轴上的防腐资料,失去主轴的氧化膜维护层,最终会在主轴的摩擦面上构成磨损沟槽,形成液体从沟槽中走漏,并增加必要的维修工作量或以至改换主轴。为理解决这一问题,普通在填料盒内装置一个可改换的轴套。但是,处理腐蚀磨损问题的独一永世方法是去除其内部的动态密封。如今,大局部主要密封制造厂消费非腐蚀磨损型密封,以避免液泵零件的腐蚀磨损。均衡和非均衡式密封机械密封的均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自身的有效截面以及填料盒内的压力。非均衡型密封的旋转面相反一侧的截面完整暴露于填料盒的压力范围之下,这种状况会使密封面之间产生很高的密封压力,从而会使工作温度进步,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状况下,会大大降低机械密封的运用寿命。对机械密封加以均衡,可降低密封压力,延长密封的运用寿命。
普通采用带有台阶的主轴和轴套,降低旋转面的有效截面,就可到达上述目的。不过千万别将净密封压力调理到接近零的程度,由于这样做的结果可能会形成密封面之间的工作情况不稳定,并可能会因忽然的变故而将密封吹开。处理这些密封问题的答案或许是采用非均衡式密封,关于某些效劳来说,或许采用非均衡式密封能到达更好的效果。例如,在某些应用范畴,与密封的运用寿命相比,或许更强调对液体走漏形成的平安性问题。在这种状况下,对密封的选用或许可了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,操作温度的增加或许是微乎其微的。不论出于何种思索,当填料盒的压力超越50psi时,普通引荐运用均衡式密封。内密封和外密封最通常的做法是将密封装置在填料盒的内部。但这种做法请求在密封维修时将液泵的湿端拆卸下来,其主要益处是密封的环境卫生易于控制。外密封的装置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益处:1.装置容易;2.费用相对较低;3.能够连续监控和清洁;4.适于无法在内部装置密封的很小填料盒;5.由于其位置接近轴承,对主轴偏向的艰难影响较少。其主要缺陷是向心力会将固体颗粒从密封的下面甩向密封的接触面上。因而,这类密封主要适用于清洁且不含有磨料的液体。近年来,别离式密封已成为外密封中的另一重要附加特性。别离式密封是一个成套总成,装置于填料盒与轴承套之间,采用这种设计,在密封需求改换时,不需求每次都拆卸液泵。这类密封分离讨论其他设计规范正在逐渐开发之中。由于这种设计易于改换密封,因而应抵抗仅仅只改换密封件的这种诱惑,而对呈现毛病的本源不做进一步的调查,这一点十分重要。弹筒式密封弹筒式密封是一种集全部功用于一身的密封安装,其内部包括一切的密封元件、压盖和轴套。由于这类密封不需求任何严厉的装置措施,装置程序大大简化,同时密封面和密封弹性体都得到很好的维护,可避免不测的损坏。这些优点也意味着可缩减密封的维修和改换时间。
本身带有全部功用的弹筒式密封安装,采用这种密封可简化装置程序,同时可维护内部各个元件,免受不测损坏。各种弹筒式密封简直都能够在市场上购得,因而能够减少运用中呈现的风险要素,而且还能够节约运用普通密封件所固有的维修时间。双重密封和液体阻隔安装采用双重密封面的密封来替代单一的密封件具有更高水平的防漏特性。这类双重密封大都应用于挥发性强、有毒、易致癌、风险和光滑性很差的液体。
双重密封普通有三种设计型式,每种型式都请求在双重密封面之间运用一种液体阻隔系统,以避免液体或气体外泄。比拟常用的低本钱双重密封是一种以背靠背方式装置的密封,其旋转密封面以相反的方向排列。它常常需求一种阻隔液体,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一直能得到阻隔液体的光滑,而且也可保证密封面到达一定的密封压力。在构造比拟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,它们常常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停止装置,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分开叶轮,朝着同一个方向排列。这种密封的阻隔液体压力普通低于液泵的压力。实践上相当于两个密封、两级降压的结合工作安装。
一切各类型双重密封安装都需求阻隔液体系统。它们普通属于外部的闭环系统,其内部所运用的液体普通是不同的,但必需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。储液槽中的液体常常采用辅助加热或辅助冷却的办法。此外,还能够增加一个报警安装,提示工作人员及时改换液体。依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停止工作。为了使整个驱动操作过程中到达零走漏的目的,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替代液体阻隔系统。在采用气体阻隔的双重密封中,假如其密封面的内部呈现毛病,所走漏的只是惰性气体,而其内部的液体不会渗漏,从而不会形成环境污染。不论是采用液体还是气体,阻隔系统必需合适于特定的密封运用,并且一旦密封面内部呈现任何毛病的时分,应能立刻辨认报警,以便能及时采取恰当的措施。
环境控制在许多应用范畴中,但凡装置密封的中央,需求思索到密封的牢靠操作和控制环境,因而必需留意以下几点:1.密封应装置于高强度主轴上,并坚持最小偏向。虽然工业规范对密封面规则的最大偏向为0.002in,但对主轴的请求以至能够更高一些。2.应将密封装置于大口径密封室内,这样可进步密封的牢靠性。这类产品各液泵制造厂简直都能提供。3.控制填料盒的内压,以防止到达闪点。4.将填料盒内的温度坚持在密封资料的工作参数范围之内。5.坚持填料盒内液体的清洁。

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