影响泵用机械密封外部条件的研究

影响泵用机械密封外部条件的研究机械密封的原理及要求

2外部条件影响的原因分析

2.1泵轴的轴向窜量大

图2为平衡盘方法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与瞬态泵工况的波动，运转的转子不可能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，满足机械密封的同意轴向窜量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同意的轴向窜量。

泵通过长时间运行后，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。

2.2轴向力偏大

机械密封在使用过程中是不能够承受轴向力的，若存在轴向力，对机械密封的影响是严重的。有的时候由于泵的轴向力平衡机构设计的不合理及制造、安装、使用等方面的原因，造成轴向力没有被平衡掉。机械密封承受一个轴向力，运转时密封压盖温度将偏高，关于聚丙烯类的介质，在高温下会被熔融，因此泵启动后很快就失去密封效果，泵静止时则密封端面出现间断的喷漏现象。

2.3泵轴的挠度偏大

2.4没有辅助冲洗系统或者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，它能够有效地保护密封面，起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。有的时候设计员没有合理地配置辅助冲洗系统，达不到密封效果；有的时候尽管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。

2.5振动偏大

机械密封振动偏大，最终导致失去密封效果。但机械密封振动偏大的原因往往不是机械密封本身的原因，泵的其它零部件是产生振动的根源，如泵轴设计不合理、加工的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大等原因。

2.6泵汽蚀的原因

由于装置系统操作不合理与泵进口汽蚀性能不好、泵的转速偏高，在泵的入口处发生局部汽蚀，汽蚀发生后，水中会有气泡，它一方面会冲击机械密封面的外表面，使其表面出现破旧；另一方面会使动静环的吻合面的流淌膜中也含有气泡，不能形成稳固的流淌膜，造成动静环的吻合面的干摩擦，使机械密封装置损坏。

2.7机械加工精度不够

机械加工精度不够，原因有很多，有的是机械密封本身的加工精度不够，这方面的原因容易引起人们的注意，也容易找到。但有的时候是泵其它部件的加工精度不够，这方面的原因，不容易引起人们的注意。比如：泵轴、轴套、泵体、密封腔体的加大精度不够等原因。这些原因的存在对机械密封的密封效果是非常不利的。

3应采取的措施

3.1消除泵轴窜量大的措施

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，关于多级离心泵，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。关于其它单级泵、中开泵等产品，在设计时采取一些措施保证泵轴的窜量在机械密封所要求的范围之内。

3.2消除轴向力偏大的措施

合理地设计轴向力平衡机构，使之能够真正充分地平衡掉轴向力，给机械密封制造一个良好的条件。关于一些电厂、石油、化工等领域应用的重要产品，在产品出厂之前，务必做到台台试验检测与发现问题与解决问题。有些重要的泵能够在转子上设计一个轴向测力环，对轴向力的大小进行随时监测，发现问题及时解决。

3.3消除泵轴挠度偏大的措施

这种现象大多存在卧式多级离心泵中，在设计时采取下列措施：

(1)减少两端轴承之间的距离。泵叶轮的级数不要太多，在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。

(2)增加泵轴的直径。在设计泵轴直径的时候，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、起动方法与有关惯性负荷、径向力等因素。很多设计员没有充分认识到这一点。

(3)提高泵轴材料的等级。

(4)泵轴设计完成后，对泵轴的挠度要进行校核检验计算。

3.4增加辅助冲洗系统

在条件同意的情况下，尽量设计辅助冲洗系统。冲洗压力通常要求高于密封腔压力0107～011MPa，假如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，使轴封液体流淌以带走摩擦热。推荐的冲洗量如表1所示。

根据每种泵的操作条件，合理地配置管路与附件。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与寿命，在很大程度上取决于密封辅助系统的配置。

3.5消除泵进口汽蚀的措施

(1)提高泵的汽蚀性能水平，满足现场装置的汽蚀性能的要求。

(2)现场试验装置的要求要与泵汽蚀性能水平匹配。

(3)现场安装与工况调节要给泵制造有利的条件。

3.6消除泵振动的措施

(1)泵产品在设计过程中，要充分分析振动的来源，以消除振动源。

(2)泵产品的制造装配过程中，严格按标准与操作规程去执行，消除振动源。

(3)泵、电机、底座、现场管路等辅助设备在现场安装时，要严格把关，消除振动源。

(4)现场生产、操作、维修、调节时，严格把关，消除振动源。

3.7严格执行设计标准

泵产品的设计与机械密封产品的设计要执行有关的国内外标准，在产品的设计过程中，设计员应认真执行标准，深刻懂得标准每一条内容的具体意义，将标准内容的要求执行到产品设计过程中。到目前为止，有很多设计员还没有懂得标准的实际含义，没有严格地去执行新标准，而是盲目地照搬照套老图纸与老设计员的经验。这种作法对提高我国产品技术水平与进入国际市场是非常不利的。提高标准化认识，是目前机械行业设计员迫切需要解决的问题。

4结束语

在设计泵用机械密封时，不仅要考虑机械密封本身的影响因素，而且要考虑机械密封外部的各类影响因素。在实际工作中要注意下列几个问题：

(1)在泵产品的设计过程中要充分考虑到泵其它零部件与现场其它设备对机械密封的使用效果的影响，为机械密封制造一个良好的外部条件。

(2)增加对机械密封辅