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離心泵機械密封的泄漏分析及其改進
2024-04-17
1 引言
船舶上需要使用不同類型的泵來輸送介質如水、燃油、滑油等等，其中以離心泵常見。它具有造價低廉、結構簡單、緊湊、排量大而均勻、能運送甚至含有固體顆粒的液體等諸多優點。機械密封是一種依靠彈性元件和介質壓力壓緊動、靜環端面從而達到密封的部件，具有能阻止泄漏、減少摩擦損耗、提高機器效率和可靠性等優點，目前大多數的離心泵軸封都是采用機械密封。機械密封是離心泵的主要易損件之一，因而泵的故障多數是由密封失效所導致的。據統計，機械密封失效導致泵的故障占設備故障率的50%以上，所以有必要對離心泵的機械密封泄漏進行分析改進，以降低泵的故障率。
2 機械密封的結構及工作原理
目前，大多數離心泵使用的都是機械密封，是靠一對相對運動的環的端面相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用。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，動環隨泵軸旋轉并在彈簧壓力作用下緊緊地壓在靜環上作相對運動。這樣，在動環和靜環之間就形成了運動密封。一般要保持動靜環之間液膜的厚度適宜，太厚泄漏量增加，太薄會發生干摩擦損壞密封面。另外，壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，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（密封圈）起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時還能吸收不利于運動密封面的沖擊振動。
2.1 機械密封的結構
機械密封主要由以下元件構成：
（1）主要動密封元件：動環和靜環。動環與靜環卡在軸套上，同泵軸一起旋轉，靜環固定在壓蓋內，用防轉銷來防止它轉動。密封是靠動環與靜環的端面相對運動貼合。
（2）輔助密封元件：動、靜環密封圈。
（3）壓緊元件：彈簧（或波紋管）。
（4）傳動元件：傳動座。
2.2 工作原理
一般機械密封有4個可能泄漏點：（1）動環與靜環之間，動環與靜環之間存在運動間隙，液膜的厚度將影響它的泄漏量；（2）動環與軸套之間，動環可以沿軸向竄動；（3）靜環與壓蓋之間，屬于靜密封點；（4）泵蓋與壓蓋之間，也屬于靜密封點。
3 機械密封泄漏分析
3.1 靜密封泄漏
靜密封主要是指靜環與壓蓋和泵蓋與壓蓋之間的泄漏。原則上講他們之間的間隙越小，則泄漏量越小。
靜密封點泄漏多數是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸不合適或本身有傷、老化變質等，特別要注意輸送的介質對密封圈的腐蝕與加速老化。只要結構和材料選擇正確，密封圈質量合格和安裝合乎要求，靜密封基本上是可以滿足密封要求的。
3.2 動密封泄漏
動密封泄漏主要指動環與靜環和動環與軸套之間的泄漏，理論上影響動密封效果的主要有以下幾方面：
（1）輸送介質方面：泵輸送介質壓力愈高泄漏量會愈多；粘度低的介質較粘度高的易泄漏；帶顆粒和易結垢的介質比干凈穩定的易泄漏。
（2）泵軸方面：一般來說，軸愈粗則密封面愈寬，對垂直偏差也愈敏感，故愈易泄漏；軸在運轉中愈易擺振，則愈易泄漏；轉速愈高愈易泄漏。泵軸的軸向竄量過大，軸向力偏大，擾度偏大，對動密封效果將產生影響。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，因此要求兩個密封面之間要受力均勻。若泵軸向竄量大，造成密封端面距離增加，影響泄漏量；若軸向力偏大，使動環與靜環壓得過緊，加劇磨損；擾度偏大，使密封面之間的受力不均勻，導致密封效果不好發生泄漏。
4 改進措施
根據機械密封泄漏分析可以看出，靜密封泄漏主要由密封圈的材料決定，隨著工藝水平的發展，會得到明顯的改善；動密封的泄漏點主要還是集中在動、靜環的兩端面的相對運動產生摩擦，所以考慮從動靜環設計著手來改善密封泄漏。
（1）減少旋轉慣性
在機械密封組件中，一般動環部分的質量比靜環部分大，故運轉起來旋轉動量大。泵在起停時或電力不穩定時，動靜環端面之間的液膜還沒有很好的建立起來，容易造成端面的干摩擦，損壞密封組件。通過減少動環的質量并適當增加靜環的質量，降低了旋轉慣性質量，減小動靜環端面間摩擦造成的危害，從而提高了整個機封組件的穩定性和可靠性。
（2）動環端面的改進
動靜環兩端面間的接觸摩擦是造成機械密封失效的主要原因，而可以通過改善它們間的端面來降低摩擦。接觸式密封的接觸端面經常在一起摩擦，造成摩擦副端面溫度過高，出現閃蒸現象，端面間同時存在氣液兩種狀態，使摩擦副密封狀態失穩，導致泄漏，尤其是在開停機或供電不穩時，更容易加劇摩擦。所以盡量使端面之間形成一層穩定的液膜，可以通過在動環端面開一系列的小螺旋槽，使端面之間形成穩定的液膜，這與減少旋轉慣性的方法也是相對應的。注意安裝時，應使螺旋槽的旋向與泵工作軸的轉向相同。
（3）彈簧性能的改進
利用波紋管代替彈簧，除了更好地保持彈簧彈性和耐腐蝕性外，還有一點就是它直接與動環接合，不用輔助密封圈，減少了一個泄漏點。或在結構上采取彈簧保護措施，使彈簧不與海水接觸。
5 結束語
隨著工藝操作水平的提高、檢修質量的改善、備件質量的保證，機械密封越來越能達到其設計使用壽命，而其意外失效的情況也會相應減少。同時，我們也要加強泵的使用管理、維修保養等方面，避免人為因素的影響。
來源：網絡
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