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水泵机械密封存在的问题及对策


2016-06-13

目前机械密封在中开泵类产品中的应用非常广泛,而随着产品技术水平的提高和节约能源的要求,机械密封的应用前景将更加广泛。机械密封的密封效果将直接影响整机的运行,本文从泵用机械密封的外部条件的角度分析了影响密封效果的几种因素和应采取的合理措施。

  1.机械密封装置的原理

  机械密封是靠一对相对运动的环的端面A(一个固定,另一个与轴一起旋转)相互贴合形成的微小轴向间隙起密封作用,这种装置称为机械密封机械密封通常由动环、静环、压紧元件和密封元件组成。其中动环和静环的端面组成一对摩擦副,动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上,并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。压紧元件产生压力,可使中开泵在不运转状态下,也保持端面贴合,保证密封介质不外漏,并防止杂质进入密封端面。密封元件起密封动环与轴的间隙B、静环与压盖的间隙c的作用,同时对中开泵的振动、冲击起缓冲作用。机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件,它是与中开泵的其它零部件一起组合起来运行的,同时通过其基本原理可以看出,机械密封的正常运行是有条件的,例如:泵轴的窜量不能太大,否则摩擦副端面不能形成正常要求的比压;机械密封处的中开泵轴不能有太大的挠度,否则端面比压会不均匀等等。只有满足类似这样的外部条件,再加上良好的机械密封自身性能,才能达到理想的密封效果。

  2.水泵密封存在的问题

  2.1 机械密封装置管系的焊接质量差严重影响给水泵的安全,当运行中管系轻微泄漏使机械密封液温度缓慢升高(由于经热交换器的机械密封液减少,或机械密封液得不到良好的冷却);当管系严重泄漏使机械密封液温度急剧升高。这些都使机械密封动环和静环及贴和面得不到很好的冷却,使动静环过热而损坏。运行中多次发生由于机械密封管系泄漏导致给水泵跳闸,也加重了机械密封的磨损。因此对机械密封装置管系的焊接质量提出了更高的要求。

  2.2 给水水质对机械密封装置的影响。由于机械密封装置对水质的要求较高,当水质恶化时,由于机械密封装置的循环管系比较细,使机械密封装置急易堵塞造成机械密封液温度升高;当给水泵在低转速运行时,当水质恶化时,由于高鲁皮夫(Golubiev)反向螺旋槽的提升压力较低,使杂质不能被水及时带走,导致杂质沉积在机械密封贴和面处,划伤机械密封动静环的贴和面,使机械密封泄漏。因此必须加强机组启停机和正常运行的水质的监督。

  2.3 运行方式对机械密封装置的影响。

  2.3.1 当机组处于经常性的负荷调整,使给水泵处于变工况状态或给水泵经常处于启停状态时,导致给水泵泵轴的瞬间窜动,使给水泵动静环间的贴和面间隙过小,不足以形成流动膜,而造成动静环的干摩擦,使机械密封装置损坏。

  2.3.2 当给水泵处于正常备用状态时,此时该泵静止。由于泵备用时必须投入暖泵装置,这时虽然投入了机械密封装置的冷却水,但由于泵组未转动,因此机械密封装置中的水不可能流动,所以机械密封装置的石墨环(静环)处于100℃以上的高温中,而当备用泵联启立即带负荷时,100℃以上水突然流动起来经过冷却器后变成30℃以上的回水流过机械密封装置的石墨环,使石墨环骤冷而产生裂纹,导致机械密封装置泄漏。因此在泵组正常备用时可加一个小的循环泵使机械密封装置的水流动起来,避免上述现象的发生。

  3.水泵密封存在问题的成因分析

  3.1 泵轴的轴向窜量大

  平衡盘平衡轴向力的工作原理平衡盘工作时自动改变平衡盘与平衡环之间的轴向间隙b,从而改变平衡盘前后两侧的压差,产生一个与轴向力方向相反的作用力来平衡轴向力。由于转子窜动的惯性作用和瞬态中开泵工况的波动,运转的转子不会静止在某一轴向平衡位置。平衡盘始终处在左右窜动的状态。平衡盘在正常工作中的轴向窜量只有0105~011mm,满足机械密封的允许轴向窜量015mm的要求,但平衡盘在泵启动、停机、工况剧变时的轴向窜量可能大大超过机械密封允许的轴向窜量。泵经过长时间运行后,平衡盘与平衡环摩擦磨损,间隙b随着增大,机械密封轴向窜量不断增加。由于轴向力的作用,吸入侧的密封面的压紧力增加,密封面磨损加剧,直至密封面损坏,失去密封作用。吐出侧的机械密封,随着平衡盘的磨损,转子部件的轴向窜量大于密封要求的轴向窜量,密封面的压紧力减小,达不到密封要求,最终使泵两侧的机械密封全部失去密封作用。

  3.2 中开泵轴的挠度偏大

  机械密封又称端面密封,是一种旋转轴向的接触式动密封,它是在流体介质和弹性元件的作用下,两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转,从而达到密封效果,因此要求两个密封之间要受力均匀。但由于泵产品设计的不合理,泵轴运转时,在机械密封安装处产生的挠度较大,使密封面之间的受力不均匀,导致密封效果不好。

  3.3 没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理

  机械密封的辅助冲洗系统是非常重要的,它可以有效地保护密封面,起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。有时设计员没有合理地配置辅助冲洗系统,达不到密封效果;有时虽然设计人员设计了辅助系统,但由于冲洗液中有杂质,冲洗液的流量、压力不够,冲洗口位置设计不合理等原因,也同样达不到密封效果。

  4.解决对策

  4.1 消除泵轴窜量大的对策

  合理地设计轴向力的平衡装置,消除轴向窜量。为了满足这一要求,对于多级离心中开泵,比较理想的设计方案有两个:一个是平衡盘加轴向止推轴承,由平衡盘平衡轴向力,由轴向止推轴承对中开泵轴进行轴向限位;另一个是平衡鼓加轴向止推轴承,由平衡鼓平衡掉大部分轴向力,剩余的轴向力由止推轴承承担,同时轴向止推轴承对中开泵轴进行轴向限位。第二种方案的关键是合理地设计平衡鼓,使之能够真正平衡掉大部分轴向力。对于其它单级中开泵、中开中开泵等产品,在设计时采取一些措施保证中开泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。

  4.2 消除中开泵轴挠度偏大的对策

  首先,减少两端轴承之间的距离。中开泵叶轮的级数不要太多,在中开泵总扬程要求较高的情况下,尽量提高每级叶轮的扬程,减少级数;其次,增加中开泵轴的直径。在设计中开泵轴直径的时候,不要简单地仅考虑传递功率的大小,而要考虑机械密封、轴挠度、起动方法和有关惯性负荷、径向力等因素。很多设计员没有充分认识到这一点。

  4.3 增加辅助冲洗系统

  在条件允许的情况下,尽量设计辅助冲洗系统。冲洗压力一般要求高于密封腔压力0107~011MPa,如果输送介质属于易汽化的,则应高于汽化压力01175~012MPa。密封腔压力要根据每种中开泵的结构型式、系统压力等因素来计算。轴封腔压力很高时或者压力几乎接近该密封使用最高极限时,也可由密封腔引液体至低压区,使轴封液体流动以带走摩擦热。

  根据每种中开泵的操作条件,合理地配置管路和附件。如冷却器、孔板、过滤器、阀门、流量指示器、压力表、温度等。实际上密封的可靠性和寿命,在很大程度上取决于密封辅助系统的配置。

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