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水泵機械密封存在的問題及對策


2016-06-13

目前機械密封在中開泵類產品中的應用非常廣泛,而隨著產品技術水平的提高和節約能源的要求,機械密封的應用前景將更加廣泛。機械密封的密封效果將直接影響整機的運行,本文從泵用機械密封的外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應采取的合理措施。

  1.機械密封裝置的原理

  機械密封是靠一對相對運動的環的端面A(一個固定,另一個與軸一起旋轉)相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用,這種裝置稱為機械密封機械密封通常由動環、靜環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環和靜環的端面組成一對摩擦副,動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上,并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力,可使中開泵在不運轉狀態下,也保持端面貼合,保證密封介質不外漏,并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙B、靜環與壓蓋的間隙c的作用,同時對中開泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件,它是與中開泵的其它零部件一起組合起來運行的,同時通過其基本原理可以看出,機械密封的正常運行是有條件的,例如:泵軸的竄量不能太大,否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓;機械密封處的中開泵軸不能有太大的撓度,否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件,再加上良好的機械密封自身性能,才能達到理想的密封效果。

  2.水泵密封存在的問題

  2.1 機械密封裝置管系的焊接質量差嚴重影響給水泵的安全,當運行中管系輕微泄漏使機械密封液溫度緩慢升高(由于經熱交換器的機械密封液減少,或機械密封液得不到良好的冷卻);當管系嚴重泄漏使機械密封液溫度急劇升高。這些都使機械密封動環和靜環及貼和面得不到很好的冷卻,使動靜環過熱而損壞。運行中多次發生由于機械密封管系泄漏導致給水泵跳閘,也加重了機械密封的磨損。因此對機械密封裝置管系的焊接質量提出了更高的要求。

  2.2 給水水質對機械密封裝置的影響。由于機械密封裝置對水質的要求較高,當水質惡化時,由于機械密封裝置的循環管系比較細,使機械密封裝置急易堵塞造成機械密封液溫度升高;當給水泵在低轉速運行時,當水質惡化時,由于高魯皮夫(Golubiev)反向螺旋槽的提升壓力較低,使雜質不能被水及時帶走,導致雜質沉積在機械密封貼和面處,劃傷機械密封動靜環的貼和面,使機械密封泄漏。因此必須加強機組啟停機和正常運行的水質的監督。

  2.3 運行方式對機械密封裝置的影響。

  2.3.1 當機組處于經常性的負荷調整,使給水泵處于變工況狀態或給水泵經常處于啟停狀態時,導致給水泵泵軸的瞬間竄動,使給水泵動靜環間的貼和面間隙過小,不足以形成流動膜,而造成動靜環的干摩擦,使機械密封裝置損壞。

  2.3.2 當給水泵處于正常備用狀態時,此時該泵靜止。由于泵備用時必須投入暖泵裝置,這時雖然投入了機械密封裝置的冷卻水,但由于泵組未轉動,因此機械密封裝置中的水不可能流動,所以機械密封裝置的石墨環(靜環)處于100℃以上的高溫中,而當備用泵聯啟立即帶負荷時,100℃以上水突然流動起來經過冷卻器后變成30℃以上的回水流過機械密封裝置的石墨環,使石墨環驟冷而產生裂紋,導致機械密封裝置泄漏。因此在泵組正常備用時可加一個小的循環泵使機械密封裝置的水流動起來,避免上述現象的發生。

  3.水泵密封存在問題的成因分析

  3.1 泵軸的軸向竄量大

  平衡盤平衡軸向力的工作原理平衡盤工作時自動改變平衡盤與平衡環之間的軸向間隙b,從而改變平衡盤前后兩側的壓差,產生一個與軸向力方向相反的作用力來平衡軸向力。由于轉子竄動的慣性作用和瞬態中開泵工況的波動,運轉的轉子不會靜止在某一軸向平衡位置。平衡盤始終處在左右竄動的狀態。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有0105~011mm,滿足機械密封的允許軸向竄量015mm的要求,但平衡盤在泵啟動、停機、工況劇變時的軸向竄量可能大大超過機械密封允許的軸向竄量。泵經過長時間運行后,平衡盤與平衡環摩擦磨損,間隙b隨著增大,機械密封軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用,吸入側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。吐出側的機械密封,隨著平衡盤的磨損,轉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,達不到密封要求,最終使泵兩側的機械密封全部失去密封作用。

  3.2 中開泵軸的撓度偏大

  機械密封又稱端面密封,是一種旋轉軸向的接觸式動密封,它是在流體介質和彈性元件的作用下,兩個垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋轉,從而達到密封效果,因此要求兩個密封之間要受力均勻。但由于泵產品設計的不合理,泵軸運轉時,在機械密封安裝處產生的撓度較大,使密封面之間的受力不均勻,導致密封效果不好。

  3.3 沒有輔助沖洗系統或輔助沖洗系統設置不合理

  機械密封的輔助沖洗系統是非常重要的,它可以有效地保護密封面,起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。有時設計員沒有合理地配置輔助沖洗系統,達不到密封效果;有時雖然設計人員設計了輔助系統,但由于沖洗液中有雜質,沖洗液的流量、壓力不夠,沖洗口位置設計不合理等原因,也同樣達不到密封效果。

  4.解決對策

  4.1 消除泵軸竄量大的對策

  合理地設計軸向力的平衡裝置,消除軸向竄量。為了滿足這一要求,對于多級離心中開泵,比較理想的設計方案有兩個:一個是平衡盤加軸向止推軸承,由平衡盤平衡軸向力,由軸向止推軸承對中開泵軸進行軸向限位;另一個是平衡鼓加軸向止推軸承,由平衡鼓平衡掉大部分軸向力,剩余的軸向力由止推軸承承擔,同時軸向止推軸承對中開泵軸進行軸向限位。第二種方案的關鍵是合理地設計平衡鼓,使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級中開泵、中開中開泵等產品,在設計時采取一些措施保證中開泵軸的竄量在機械密封所要求的范圍之內。

  4.2 消除中開泵軸撓度偏大的對策

  首先,減少兩端軸承之間的距離。中開泵葉輪的級數不要太多,在中開泵總揚程要求較高的情況下,盡量提高每級葉輪的揚程,減少級數;其次,增加中開泵軸的直徑。在設計中開泵軸直徑的時候,不要簡單地僅考慮傳遞功率的大小,而要考慮機械密封、軸撓度、起動方法和有關慣性負荷、徑向力等因素。很多設計員沒有充分認識到這一點。

  4.3 增加輔助沖洗系統

  在條件允許的情況下,盡量設計輔助沖洗系統。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0107~011MPa,如果輸送介質屬于易汽化的,則應高于汽化壓力01175~012MPa。密封腔壓力要根據每種中開泵的結構型式、系統壓力等因素來計算。軸封腔壓力很高時或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時,也可由密封腔引液體至低壓區,使軸封液體流動以帶走摩擦熱。

  根據每種中開泵的操作條件,合理地配置管路和附件。如冷卻器、孔板、過濾器、閥門、流量指示器、壓力表、溫度等。實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的配置。

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