上海浪卡流體機(jī)械有限公司作者
泵的密封裝置主要分兩類:一類為靜密封,一類為動(dòng)密封。靜密封通常有墊片密封、O型圈密封、螺紋密封等型式。動(dòng)密封則主要有軟填料密封、油封密封、迷宮密封、螺旋密封、動(dòng)力密封和機(jī)械密封等。防止工作介質(zhì)從泵內(nèi)泄漏出來(lái)或者防止外界雜質(zhì)或空氣侵入到泵內(nèi)部的裝置或措施稱為密封,被密封的介質(zhì)一般為液體、氣體或粉塵。 造成泄漏的原因主要有兩個(gè)方面:一是密封面上有間隙。二是密封部位兩側(cè)存在壓力差,消除或減小任何一個(gè)因素都可以阻止或減小泄漏,達(dá)到密封的目的。泵的設(shè)計(jì)壓力和使用壓力是客觀存在不能減小,所以泵的密封該解決的是消除或減小密封面之間的間隙。這種間隙包括密封面之間的間隙和密封裝置本生內(nèi)部的間隙。
墊片密封 墊片是離心泵靜密封的基本元件,使用范圍非常廣泛。墊片的選型主要根據(jù)泵輸送介質(zhì)、溫度、壓力和腐蝕性等因素決定。當(dāng)溫度和壓力不高時(shí)一般選用非金屬密封墊片;中壓高溫時(shí),選用非金屬與金屬組合墊片。非金屬墊片在泵上應(yīng)用zui為普遍,其材料一般為紙、橡膠和聚四氟乙烯。當(dāng)溫度不超過(guò)120℃,壓力在1.0Mpa以下時(shí),一般選用青殼紙或模造紙墊片。如果輸送介質(zhì)為油,溫度在-30~110℃時(shí),一般選用耐老化性能較好的丁晴橡膠。當(dāng)輸送介質(zhì)在-50~200℃時(shí),選用氟橡膠更為合適。因?yàn)樗四陀湍蜔嵬?,機(jī)械強(qiáng)度大也是其主要特征。在化工泵中,由于所輸送介質(zhì)具有腐蝕性,所以一般選用聚四氟乙烯做為墊片材料。隨著泵使用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,所輸送介質(zhì)種類也越來(lái)越多,因此在選用墊片材質(zhì)時(shí)應(yīng)查閱相關(guān)資料或通過(guò)實(shí)驗(yàn)后再做出正確選擇。 O型圈密封 泵中常用的是橡膠O型圈。由于其形狀十分簡(jiǎn)單,因而制造容易,成本低廉,不論O型圈的整體尺寸有多大,其截面尺寸都很小(只有幾毫米)所以重量輕,消耗材料少,使用方法簡(jiǎn)單,安裝、拆卸方便,更為突出的優(yōu)點(diǎn)還在于O形圈具有良好的密封能力,使用范圍很寬。靜密封工作壓力可達(dá)100MPa以上,動(dòng)密封也可達(dá)30Mpa。適用溫度為-60~200℃,可滿足多種介質(zhì)的使用要求。因此在泵的設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 O形密封圈安裝在溝槽和被密封面之間,有一定壓縮量,由此產(chǎn)生的反彈力給予被密封的光滑面和溝槽底面以初始的壓縮應(yīng)力。從而起到密封作用。當(dāng)被密封的液體壓力增大時(shí),O形圈的變形也隨之增大,從而傳遞給密封面的壓力也增大,密封的作用也增大。這就是O形密封圈具有良好密封能力的原因。 O形密封圈雖然密封可靠,但如果不注意使用條件,也會(huì)發(fā)生泄漏,通常有以下幾種情況: 1、裝O形圈的溝槽尺寸超差,尤其是深度尺寸過(guò)大時(shí),使O形圈安裝后壓縮變形量不足而影響密封能力。一般O形圈安裝后壓縮變形量應(yīng)在18%~22%之間,截面尺寸大時(shí)壓縮相對(duì)變形量較小,而截面尺寸較小時(shí)壓縮相對(duì)變形量則較大。 2、O形密封圈的公稱尺寸與實(shí)際安裝尺寸相差太多,形成O形圈在拉伸后截面尺寸縮小的狀況下工作,造成壓縮變形量不足而產(chǎn)生泄漏。 3、O形密封圈在安裝時(shí),由于密封面的進(jìn)口沒(méi)有光滑的倒角或倒圓而將O形圈劃傷而產(chǎn)生泄漏。 4、O形密封圈的材質(zhì)不適用于密封介質(zhì)而被侵蝕后失效。5、O形密封圈使用時(shí)間太久后老化變質(zhì),彈性降低后而失效,所以在設(shè)備大修時(shí)一般都將O形圈更換。 另外,O形密封圈的硬度,溝槽和密封面的粗糙度也影響O形密封圈的密封效果。 螺紋密封 螺紋密封在泵上一般有兩種形式,一種是螺紋聯(lián)接墊片密封,一種是螺紋加填充濟(jì)密封,二者皆用于小直徑螺紋連接的密封場(chǎng)合。螺紋聯(lián)接墊片密封的密封件是墊片,而螺紋只起提供壓緊力的作用。密封的效果除了墊片的本身性能外。密封面的粗糙度以及與螺紋孔的相對(duì)幾何位置精度對(duì)密封效果影響也很大。于由密封墊片在擰緊螺紋時(shí)不僅承受壓緊力,還承受扭矩,使墊片產(chǎn)生變形甚至損壞,因此,當(dāng)墊片為非金屬時(shí),一般只適用于壓力不高的場(chǎng)合,如果墊片為金屬則適用壓力可達(dá)30Mpa以上。 泵上經(jīng)常使用的絲堵,則是另一種螺紋密封形式。由于考慮到絲堵制造的經(jīng)濟(jì)性,一般單靠螺紋的配合不能起到密封作用,往往用生膠帶,密封膠等填充物填充螺紋的密封間隙。其承壓能力取決于螺紋的制造精度和材質(zhì),與絲堵和螺紋孔的配合形式?jīng)]有關(guān)系。螺紋孔與絲堵無(wú)論采用“錐對(duì)錐”還是“柱對(duì)錐”,密封效果相同,只是使用地域不同而已。我國(guó)目前兩種形式同等采用。影響密封效果的常見(jiàn)原因是在加工螺紋底孔時(shí)尺寸偏大,使螺紋牙形變短,牙頂變寬,造成密封面減小,當(dāng)密封壓力升高后產(chǎn)生泄漏,甚至將絲堵壓出。由于填充物被密封介質(zhì)腐蝕而產(chǎn)生泄漏的現(xiàn)象在化工行業(yè)的用泵中也時(shí)有發(fā)生,因此對(duì)填充物的選擇也是密封考慮的因素之一。 填料密封 將富有壓縮性和回彈性的填料放入填料函內(nèi),依靠壓蓋的軸向壓緊力轉(zhuǎn)化為徑向密封力,從而起到密封作用。這種密封方法稱為填料密封,這種填料稱為密封填料。由于填料密封結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單,更換方便、價(jià)格低廉、適應(yīng)轉(zhuǎn)速、壓力、介質(zhì)寬泛而在泵的設(shè)計(jì)中得到普遍采用。輸送常溫介質(zhì)時(shí),填料密封一般都設(shè)有填料環(huán),其或與泵的高壓腔相通,或外接具有一定壓力的液體介質(zhì),可起到冷卻、潤(rùn)滑、密封或沖洗作用。由于填料密封是一種接觸密封,因此必然存在磨擦和磨損問(wèn)題。而磨擦和磨損的大小,主要決定于填料壓蓋的壓緊力。壓力大可提高密封效果,但卻會(huì)加大動(dòng)力消耗和軸套的磨損,反之則會(huì)產(chǎn)生較大泄漏。因此應(yīng)根據(jù)泄漏量大小和泄漏介質(zhì)的溫度對(duì)壓蓋的壓緊力進(jìn)行調(diào)整,必要時(shí)應(yīng)對(duì)填料進(jìn)行更換或補(bǔ)充。填料密封的合理泄漏一般為10-20ml/min。當(dāng)從外界引入液體時(shí),應(yīng)保證這種液體有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,既不污染泵所輸送的介質(zhì),又不與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物和固體微粒,還應(yīng)與填料有良好的浸漬性和持久的保持性,這樣就能起到良好和持久的密封效果。 動(dòng)力密封 副葉輪加停車密封泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),副葉輪所產(chǎn)生的壓頭平衡了主葉輪出口高壓液體,從而實(shí)現(xiàn)密封。停車時(shí),副葉輪不起作用,因此必須同時(shí)配備停車密封裝置解決停車時(shí)可能產(chǎn)生的泄漏。 副葉輪密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠、使用壽命長(zhǎng),運(yùn)轉(zhuǎn)中可實(shí)現(xiàn)滴水不漏,因此在輸送含雜質(zhì)介質(zhì)的泵上經(jīng)常采用。副葉輪良好的密封效果是有條件的,即工作壓力不允許超過(guò)允許的工作壓力。一旦超過(guò),會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的泄漏。工作壓力變化的主要原因是泵吸入口的壓力變化,因此采用副葉輪密封的泵,必須對(duì)泵的進(jìn)口壓力做出嚴(yán)格的規(guī)定,否則密封便會(huì)失效。由于停車密封的形式很多,失效后也容易發(fā)現(xiàn),,本文不再贅述。 螺旋密封 螺旋密封也是動(dòng)力密封的一種形式,它是在旋轉(zhuǎn)的軸上或者在軸的包容套上加工出螺旋槽,軸和套之間充有密封介質(zhì)。軸的旋轉(zhuǎn)使螺旋槽產(chǎn)生類似于泵的輸送作用,從而阻止密封液的泄漏。其密封能力的大小與螺旋角度、螺距、齒寬、齒高、齒的作用長(zhǎng)度以及軸與套之間的間隙大小有關(guān)。由于密封之間不發(fā)生磨擦,因而壽命長(zhǎng),但由于結(jié)構(gòu)空間的限制,其螺旋長(zhǎng)度一般較短,因而其密封能力也受到局限。在泵降速使用時(shí),其密封效果則會(huì)大打折扣。 迷宮密封 在設(shè)計(jì)合理,加工精良,裝配完好、轉(zhuǎn)速較高時(shí),迷宮密封效果很好。但在實(shí)際應(yīng)用中,因此而產(chǎn)生的泄漏卻很多,分析其原因主要有: 1、密封副(如軸和軸承壓蓋)配合間隙太大,而此間隙與密封效果成反比。配合面粗糙,明顯的螺旋狀車刀痕在有些情況下也加大了泄漏趨勢(shì)。 2、軸承室內(nèi)潤(rùn)滑油注入量太多,其溢出壓力超過(guò)了密封阻力。 3、油窗或油位計(jì)安裝位置有誤,誤導(dǎo)了人們對(duì)油室內(nèi)潤(rùn)滑油量的正確判斷。 4、運(yùn)轉(zhuǎn)中油溫的升高使其粘度降低,增加了泄漏的可能。 5、回油槽或回油孔尺寸偏小,或受到其它障礙,使被阻滯的液體不能順利返回而造成泄漏。 油封密封 油封是一種自緊式唇狀密封,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸小,成本低廉,維護(hù)方便,阻轉(zhuǎn)矩較小,既能防止介質(zhì)泄漏,也能防止外部塵土和其它有害物質(zhì)侵入,而且對(duì)磨損有一定的補(bǔ)償能力,但不耐高壓,所以一般用在低壓場(chǎng)合。油封應(yīng)安裝在制造精度為h8~h9,表面粗糙度為1.6~0.8μm且經(jīng)過(guò)表面硬化處理的軸上。密封介質(zhì)不應(yīng)含有固體微粒和雜質(zhì),否則會(huì)造成油封和軸的迅速磨損而使密封失效。 機(jī)械密封 機(jī)械密封是現(xiàn)代泵軸封的主要方法,雖然利用它實(shí)現(xiàn)*不泄漏不大容易,但是達(dá)到微小的,令人*可以接受的泄漏量卻是*可能的。但在泵的運(yùn)行中卻經(jīng)常出現(xiàn)令人尷尬的局面,那么機(jī)械密封失效的原因是什么呢? 1、械密封的材質(zhì)選擇不合適。機(jī)械密封的材質(zhì)與所輸送的介質(zhì)不相匹配。在工作時(shí),密封元件很快被腐蝕,溶解或磨損,因而失去密封能力。所以根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)而選擇機(jī)械密封的材質(zhì)是保證其密封功能和正常壽命的先決條件。 2、機(jī)械密封的沖洗狀況不符合設(shè)計(jì)要求。在輸送易結(jié)晶或有細(xì)小顆粒的介質(zhì)時(shí),必須有一定壓力和一定流量的沖洗液進(jìn)行沖洗,否則其結(jié)晶體或者微粒會(huì)加速密封副的磨損,以及影響密封副磨損后的自動(dòng)補(bǔ)償而發(fā)生泄漏。所以根據(jù)輸送介質(zhì)的性質(zhì)不僅要配置相應(yīng)的沖洗管路,更要安裝有監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能的儀表和裝置,保證沖洗液的壓力和流量滿足設(shè)計(jì)要求,才能維持機(jī)封的正常工作,這一點(diǎn)往往被用戶所忽視。 3、每種機(jī)械密封所能承受的壓力是有限度的,由于對(duì)密封腔內(nèi)的壓力測(cè)算不準(zhǔn),造成密封腔內(nèi)的壓力超過(guò)了機(jī)械密封所能承受的壓力而產(chǎn)生泄漏,也是常見(jiàn)的密封失效原因之一。 4、機(jī)械密封的工作溫度不能超過(guò)其規(guī)定值。在有冷卻管路的設(shè)計(jì)中,往往由于冷卻介質(zhì)的流量不足而使冷卻效果降低;在沒(méi)有冷卻管路的設(shè)計(jì)中,密封腔內(nèi)經(jīng)常由于窩存空氣而造成機(jī)械密封處于干磨擦狀態(tài)。這兩種情況都會(huì)使機(jī)械密封的運(yùn)動(dòng)密封副工作溫度過(guò)高而加快磨損,導(dǎo)致密封失效。 5、在使用單彈簧的機(jī)械密封時(shí),忽略彈簧的旋轉(zhuǎn)方向與泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向的正確組合也時(shí)有發(fā)生?;蛟O(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有說(shuō)明,或裝配時(shí)的疏忽,沒(méi)有做到因?yàn)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而使機(jī)械密封的彈簧力加大而是相反,結(jié)果造成動(dòng)環(huán)和靜環(huán)磨擦副的壓力不足而形成泄漏。 6、軸承的嚴(yán)重磨損或損壞,使泵軸產(chǎn)生嚴(yán)重的軸向竄動(dòng),也是機(jī)械密封泄漏的原因之一。隨著科學(xué)的技術(shù)的發(fā)展,新的密封形式和密封材料陸續(xù)出現(xiàn),其必然對(duì)泵的密封技術(shù)產(chǎn)生直接的影響和推動(dòng)。長(zhǎng)壽命、零泄漏的泵類產(chǎn)品會(huì)在越來(lái)越多的場(chǎng)合得到推廣和應(yīng)用。
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