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固液兩相流泵機械密封的正確選型與使用
點擊次數(shù)：2684 發(fā)布時間：2011-4-2
固液兩相流泵機械密封的正確選型與使用
由于固液兩相流中磨蝕性顆粒介質(zhì)的存在，采用一般的機械密封常會構成以下危害：
?、贆C械密封端面的加劇磨損。密封面之間因顆粒泄漏進入端面，起著磨料作用，加速了密封面的磨損。
②機械密封介質(zhì)側(cè)顆粒堵塞。由于顆粒的堆積，架橋，阻礙了彈簧、銷和輔助密封封圈的運動，從而導致機械密封補償環(huán)的追隨性和浮動性下降。
?、鄞髿鈧?cè)顆粒堵塞。由于常規(guī)設計的機械密封，密封面內(nèi)徑和軸（或軸套）之間的間隙較小，密封泄漏的固體顆粒不能及時排出，易堆積、阻塞，阻礙了輔助密封圈的運動，從而導致密封失敗。
?、軝C械密封磨蝕。機械密封摩蝕指密封元件表面由于受到磨蝕性顆粒的作用而產(chǎn)生的局部咬蝕、撕裂。機械密封摩蝕通常發(fā)生在使用較軟的鋼材或石墨材料時，由于沖洗水或封液的沖擊而造成的。在有顆粒介質(zhì)的情況下，機械密封發(fā)生得更加嚴重;
?、菝芊鈧鲃釉哪p。由于傳動銷這些密封傳動元件處于顆粒介質(zhì)中，運動時由于顆粒的研磨作用加劇了密封元件本身的磨損。
在選型時，應使機械密封產(chǎn)品盡量避免顆粒的作用，不致產(chǎn)生以上幾種密封失效，機械密封解決顆粒介質(zhì)作用的問題有兩大途徑：一是對機械密封設置一些附加的內(nèi)部結(jié)構或采取輔助措施（如螺旋密封、唇形密封、封液、油封、沖洗水、水箱或油箱建立液障防止顆粒堆積等），或者外部裝置（如旋流固液分離器、磁濾器等），盡量避免上述密封失效出現(xiàn)，維護機械密封良好的工作狀態(tài)。這種途徑對于比較重要的場合，重要的機械設備可以使用。但對于由于空間受到限制，或者由于輔助設施耗費太高，以及由于有些場合，物料不允許有封液或沖洗水進入產(chǎn)品的情況，就應采取選擇設計出一種新型的機械密封結(jié)構，能直接用在顆粒介質(zhì)中，滿足生產(chǎn)流程對密封的要求。
為了使機械密封達到密封可靠、壽命長、結(jié)構簡單、裝拆方便、易調(diào)節(jié)、成本低的目的，具體辦法如下：
采用彈簧和輔助密封圈相結(jié)合使用。主要優(yōu)點是：具有較高的彈性，且彈簧不與介質(zhì)接觸，避免了易受顆粒堵塞的問題。
為了保證摩擦副在顆粒介質(zhì)中具有耐磨損和耐磨蝕的目的，摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通常可選用硬對硬組對，材質(zhì)可為碳化鎢或碳化硅。與碳化鎢相比，碳化硅具有更高的硬度，更好的導熱率，化學穩(wěn)定性較好，還有自潤滑性，但成本較高。
根據(jù)對在磨蝕性顆粒介質(zhì)中高硬度摩擦副磨損機理的研究所得出的結(jié)論，摩擦副寬度應比一般機械密封的寬，以獲得較高的使用壽命。動、靜環(huán)的寬度相等，有利于防止顆粒對密封端面的磨損，同時，有足夠的面積，以避免大的失配。因此，能夠適應比一般機械密封端面大得多的徑向和軸向跳動。
混流泵用機械密封應設計為內(nèi)流式，顆粒介質(zhì)在密封環(huán)外側(cè)，離心力和慣性力的作用使顆粒、雜質(zhì)向外運動，拋離密封面。
與一般機械密封不同，軸套與密封環(huán)之間的間隙應較大，當有物料泄漏時，能及時排出，避免顆粒的堆積和阻塞。密封腔的設計必須有適當?shù)目臻g，使密封腔的物料能流動，不堆積沉淀，并易冷卻和潤滑密封。為了減少泵內(nèi)介質(zhì)壓力對機械密封端面比壓的影響，采用平衡型機械密封結(jié)構。
端面比壓是影響密封性能和使用壽命的zui重要因素之一。為了防止顆粒介質(zhì)進入密封端面，泄漏量增大，端面磨損加劇，導致密封的失效，應使端面比壓比一般的要大些。但端面比壓過大，將造成摩擦面發(fā)熱和磨損加劇，功率消耗增加。設計時，端面比壓為0.3MPa左右。
采用單端面機械密封（圖1）時，為了避免顆粒雜質(zhì)的危害，需根據(jù)不同情況分別采取沖洗、過濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。沖洗液的可靠性和質(zhì)量是密封成敗的關鍵。若從外部注入清潔沖洗液，密封的工作環(huán)境可得到改善，但必須損耗沖洗液，而且，其先決條件是所輸送的液體允許被沖洗液微量稀釋。
圖1內(nèi)裝式單端面機械密封
采用雙端面機械密封（圖2）時，要求封液在密封腔內(nèi)建立壓力，進行封堵、潤滑和冷卻循環(huán)。雙端面密封可靠性高，但制造成本和安裝費用較高。大多數(shù)雙端面密封組對材料的選擇已標準化。在實際使用中，位于介質(zhì)端的摩擦副使用硬質(zhì)合金組對或碳化硅組對;位于大氣端的選用碳石墨與鎳鉻鋼組對。
圖2內(nèi)裝式雙端面機械密封
由于機械密封在選型時，綜合考慮了上述的條件，因此，機械密封使用過程中是非常簡單的，僅僅要求保證外沖洗冷卻的延續(xù)性，而且使用效果良好。
由于固液兩相流中磨蝕性顆粒介質(zhì)的存在，采用一般的機械密封常會構成以下危害：
?、贆C械密封端面的加劇磨損。密封面之間因顆粒泄漏進入端面，起著磨料作用，加速了密封面的磨損。
②機械密封介質(zhì)側(cè)顆粒堵塞。由于顆粒的堆積，架橋，阻礙了彈簧、銷和輔助密封封圈的運動，從而導致機械密封補償環(huán)的追隨性和浮動性下降。
?、鄞髿鈧?cè)顆粒堵塞。由于常規(guī)設計的機械密封，密封面內(nèi)徑和軸（或軸套）之間的間隙較小，密封泄漏的固體顆粒不能及時排出，易堆積、阻塞，阻礙了輔助密封圈的運動，從而導致密封失敗。
?、軝C械密封磨蝕。機械密封摩蝕指密封元件表面由于受到磨蝕性顆粒的作用而產(chǎn)生的局部咬蝕、撕裂。機械密封摩蝕通常發(fā)生在使用較軟的鋼材或石墨材料時，由于沖洗水或封液的沖擊而造成的。在有顆粒介質(zhì)的情況下，機械密封發(fā)生得更加嚴重;
?、菝芊鈧鲃釉哪p。由于傳動銷這些密封傳動元件處于顆粒介質(zhì)中，運動時由于顆粒的研磨作用加劇了密封元件本身的磨損。
在選型時，應使機械密封產(chǎn)品盡量避免顆粒的作用，不致產(chǎn)生以上幾種密封失效，機械密封解決顆粒介質(zhì)作用的問題有兩大途徑：一是對機械密封設置一些附加的內(nèi)部結(jié)構或采取輔助措施（如螺旋密封、唇形密封、封液、油封、沖洗水、水箱或油箱建立液障防止顆粒堆積等），或者外部裝置（如旋流固液分離器、磁濾器等），盡量避免上述密封失效出現(xiàn)，維護機械密封良好的工作狀態(tài)。這種途徑對于比較重要的場合，重要的機械設備可以使用。但對于由于空間受到限制，或者由于輔助設施耗費太高，以及由于有些場合，物料不允許有封液或沖洗水進入產(chǎn)品的情況，就應采取選擇設計出一種新型的機械密封結(jié)構，能直接用在顆粒介質(zhì)中，滿足生產(chǎn)流程對密封的要求。
為了使機械密封達到密封可靠、壽命長、結(jié)構簡單、裝拆方便、易調(diào)節(jié)、成本低的目的，具體辦法如下：
采用彈簧和輔助密封圈相結(jié)合使用。主要優(yōu)點是：具有較高的彈性，且彈簧不與介質(zhì)接觸，避免了易受顆粒堵塞的問題。
為了保證摩擦副在顆粒介質(zhì)中具有耐磨損和耐磨蝕的目的，摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通常可選用硬對硬組對，材質(zhì)可為碳化鎢或碳化硅。與碳化鎢相比，碳化硅具有更高的硬度，更好的導熱率，化學穩(wěn)定性較好，還有自潤滑性，但成本較高。
根據(jù)對在磨蝕性顆粒介質(zhì)中高硬度摩擦副磨損機理的研究所得出的結(jié)論，摩擦副寬度應比一般機械密封的寬，以獲得較高的使用壽命。動、靜環(huán)的寬度相等，有利于防止顆粒對密封端面的磨損，同時，有足夠的面積，以避免大的失配。因此，能夠適應比一般機械密封端面大得多的徑向和軸向跳動。
混流泵用機械密封應設計為內(nèi)流式，顆粒介質(zhì)在密封環(huán)外側(cè)，離心力和慣性力的作用使顆粒、雜質(zhì)向外運動，拋離密封面。
與一般機械密封不同，軸套與密封環(huán)之間的間隙應較大，當有物料泄漏時，能及時排出，避免顆粒的堆積和阻塞。密封腔的設計必須有適當?shù)目臻g，使密封腔的物料能流動，不堆積沉淀，并易冷卻和潤滑密封。為了減少泵內(nèi)介質(zhì)壓力對機械密封端面比壓的影響，采用平衡型機械密封結(jié)構。
端面比壓是影響密封性能和使用壽命的zui重要因素之一。為了防止顆粒介質(zhì)進入密封端面，泄漏量增大，端面磨損加劇，導致密封的失效，應使端面比壓比一般的要大些。但端面比壓過大，將造成摩擦面發(fā)熱和磨損加劇，功率消耗增加。設計時，端面比壓為0.3MPa左右。
采用單端面機械密封（圖1）時，為了避免顆粒雜質(zhì)的危害，需根據(jù)不同情況分別采取沖洗、過濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。沖洗液的可靠性和質(zhì)量是密封成敗的關鍵。若從外部注入清潔沖洗液，密封的工作環(huán)境可得到改善，但必須損耗沖洗液，而且，其先決條件是所輸送的液體允許被沖洗液微量稀釋。
圖1內(nèi)裝式單端面機械密封
采用雙端面機械密封（圖2）時，要求封液在密封腔內(nèi)建立壓力，進行封堵、潤滑和冷卻循環(huán)。雙端面密封可靠性高，但制造成本和安裝費用較高。大多數(shù)雙端面密封組對材料的選擇已標準化。在實際使用中，位于介質(zhì)端的摩擦副使用硬質(zhì)合金組對或碳化硅組對;位于大氣端的選用碳石墨與鎳鉻鋼組對。
圖2內(nèi)裝式雙端面機械密封
由于機械密封在選型時，綜合考慮了上述的條件，因此，機械密封使用過程中是非常簡單的，僅僅要求保證外沖洗冷卻的延續(xù)性，而且使用效果良好。