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必一运动离心泵机械密封的原理是什么?
时间: 2024-03-17浏览次数:
 必一运动机械密封属于密封的一种,一般用于旋转部位的动密封,通过配合适当的冲洗方案,可以实现介质的微量泄漏或者零泄漏(封气/液会进入介质)。  主要原理是合理安装后弹簧处于一个被压缩的状态,泵启动时右侧零件整体随轴一起旋转,左侧零件静止不动,热套静环和热套动环的端面在弹簧力的作用下贴合做相对运动。  如上图(随手画的,不要以为密封都长这个样子。。。图中热套动环以及弹簧座之间的弹簧是有起传动作用的

  必一运动机械密封属于密封的一种,一般用于旋转部位的动密封,通过配合适当的冲洗方案,可以实现介质的微量泄漏或者零泄漏(封气/液会进入介质)。

  主要原理是合理安装后弹簧处于一个被压缩的状态,泵启动时右侧零件整体随轴一起旋转,左侧零件静止不动,热套静环和热套动环的端面在弹簧力的作用下贴合做相对运动。

  如上图(随手画的,不要以为密封都长这个样子。。。图中热套动环以及弹簧座之间的弹簧是有起传动作用的)

  1处o形圈有压缩量,起密封左右,且在弹簧力的作用下可向右侧贴合;3处为静密封,基本不考虑泄漏可能性,除非o形圈选型错误,或者为聚四氟乙烯矩形垫时可能密封效果不好;这种结构是热套环,不适合在高温情况下使用,常况下也不考虑热套处的泄漏。

  然后2处就是密封的关键点了,这种结构的密封实际上是处于微漏的状态,大概的设计值是不大于5ml/h(具体根据轴径和转速情况考虑),基本都是处于肉眼不可见泄漏的状态。

  旋转件和静止件的接触面材料为SiC(常用材料为SiC、石墨、硬质合金、陶瓷等),摩擦系数小,在弹簧力的作用下这两个面趋于闭合状态,使得2处的泄漏相当小(最佳状态是两面之间形成了一层液膜,这种状态下密封的使用寿命最长,密封面实际上没有相对摩擦),随着端面的厚度由于摩擦减小或者轴窜现象的时候,左侧弹簧都能及时对端面进行补偿,使得两端面始终处于闭合的状态。

  现在国内做密封的厂家还是比较多,泵用机械密封的主要难点在于空间受限(例如早期的填料密封改造为机械密封)、设备(设备精度差,窜动量大等等)、介质成分(对o形圈的腐蚀强,易结焦,高粘度等等)工况(高温,高压)等,其次就是加工精度方面。

  再次说明下,图中的密封是相当简单的密封,淘宝上几十块上百元的密封也有卖的,实际上机械密封的价格从几百到几十万(国外产品,国内产品售价会偏低一些,但据我了解我公司一些密封上万也是很正常的事情),而且可能需要外部系统的配合才能稳定地工作。

  另:干气密封虽然应该是归属与机械密封内,单实际上经常是单独说的,以上主要是指机械密封,干气密封的关键技术点在于刻槽。

  一般泵用密封的问题集中在机体内外存在压差上,这个是没办法消除的。但是密封并不是完全去除泄漏,而是将泄漏控制在大家可以接受的范围内。普通机械密封的泄漏量国家标准规定为3-5ml/h,这个还是比较容易做到的。

  由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。

  布赫特在《工业密封技术》一书中是这样解释的:机械密封是一个由一系列简单设计元件组成的组合机构,密封作用由两个带平面的主密封环完成,以防止泄漏。其中一个密封环与轴连在一起转动,另一个密封环固定在壳体上。为了密封离心泵轴,静密封环安装在密封腔压盖上。在泵轴转动期间,装在轴上的密封环的密封面与对面的静环密封面相摩擦。这两个密封接触面的接触作用类似轴承,并且受到磨损。任何形式的系统泄漏都必须通过这个密封接触面。作用在轴向的力使密封环始终保持摩擦接触,其来源可以为机械的或者是液压的,在很多设计中,取两者之和。这种稳定的接触可以防止从摩擦面间泄漏或使泄漏量减到最小。

  静环(Seat)与动环(Seal Face)接触的端面间隙,是主要密封面,它决定了机械密封的摩擦、磨损和密封性能的关键,同时也决定了机械密封的使用寿命。

  如图上图所示,动环(Seal Face)由弹簧加载轴向可以自由移动,以保持与静环(Seat)接触。轴向移动性允许对磨损、偏心和轴的热位移自动补偿。O形圈起辅助密封作用,可以起到径向密封和缓冲作用,使整个密封在径向不发生刚性接触。静止情况下,动环和静环的研磨端面处于机械接触,但是当轴旋转时,复杂的摩擦作用发生在端面和被密封流体之间。

  机械密封的大多数主要特性是其控制密封功能、摩擦力、磨损和寿命的自动界面润滑机理。一切取决于穿过界面并建立润滑膜的液体以便密封在实际无接触(通常是混合磨擦,介于干摩擦和完整液膜之间的润滑摩擦状态)条件下运行。

  在腔体压力作用下介质穿过密封摩擦副端面;表面张力和离心力在此时影响不大。随着流体径向流过端面,流体压力持续下降直到它达到外部背压(一般为大气压力),此压力作用类似于流体静压轴承的承载功能。密封承载能力取决于压差和界面间隙的形状变化,数学分析比较复杂,可参考机械密封相关书籍,如顾永泉、蔡仁良等人的书。

  当密封旋转时,端面内的剪切流与端面剩余高度变化相互作用产生流体动压,该压力场具有流体动压轴承类似的承载功能,并取决于介质粘度、转速和端面间隙变化。

  正常条件下,流体动压流体动压场和流体静压场构成了密封运行时的承载能力,属于开启力部分,用于防止密封刚性接触。当开启力和闭合力偏离平衡时,端面分开自动适应,或者出现大量泄漏。

  万法归宗。所有密封都逃不过两个问题,泄露与磨损。你就是搬出磁流体也是一样。

  1. 机械密封,一般介绍说是端面密封,其实是望形生意了。端面不过是便于实施的一种方案罢了。比如,将端面改成锥面配合,一样还是机械密封。不要被形式固化住。

  2. 机械密封,其实来说,应该是归于泄漏式接触密封。首先他是接触密封,接触密封一定导致两个后果,磨损和散热。机械密封,其核心就是可控磨损和散热。

  3. 所谓可控磨损,是指密封正压力的可控,这压力可控,摩擦力就可控,磨损程度就可控。因此,弹簧这种力值可控的复位元件是机械密封特征零件,可以说,无弹簧的机械密封毫无意义。同时,摩擦力可控,发热量就可控。

  4. 其次,机械密封是泄漏密封,端面设计一般会留有楔角。其作用一方面是基于弹性变形的均匀需求,另一方面是泄漏用的。目的就是通过定向泄漏,润滑兼辅助密封密封面。完全不泄了,进入干磨状态,密封的寿命就大打折扣了。

  5. 机械密封,有使用前提,属于低压密封范畴。一般1MPa以上就不会用了。此外,选用机械密封要计算线速,同其他接触密封一样,线速过高,容易烧毁。因此,机械密封也很少有大直径的。

  6. 机械密封实际使用中的BUG。因为通常密封面被制造的极其光滑,因此容易导致自锁现象,也就是两个面自己吸住不动了。情况恶劣时,可能导致设备无法正常启动。特别是有些低水平厂家的产品由甚。我记不清是哪家的泵了,当初用的时候,经常是前一天还在转。中间停机,第二天再启动就卡住了。哈哈。

  离心泵是化工生产中常用到的泵,因为酸碱介质是化工制造中非经常见的化工原料,但是由于酸性的特殊,所以较多材质都不可以用来做为酸液的传输材质。常用的铸铁、不锈钢材质都是不可以用来传输酸性介质的。目前常用来传输介质的材质是塑料或是氟合金等。

  一.离心泵机械密封结构型式: 机械密封主要由动环、静环、弹簧、轴套、水密封、O型圈几部分组成。为了防酸保护,采用水洗式机封,冲洗水同时带走运转时的机械密封温升,大大延长设备使用寿命。

  二.离心泵机械密封的工作原理: 机械密封是通过与轴垂直并作相对转动的两个密封面进行密封,动环紧压在叶轮轴上,静环装在盖室密封座上,通过弹性元件使两端始终紧贴一起,从而达到密封的目的。

  三.离心泵机械密封特点: 离心泵机械密封利用静环保持架调整静环与动环贴合来密封,径向密封由O型圈来完成,它弹性强、调节密封性能好、隔离密封可靠。

  四.离心泵机械密封不足: 原装机械密封在设计上较为完美,无论是结构形式还是材质的选用,都是极其科学和先进的,完全适合酸泵的正常工作需要。但是,当设备运行过程中出现酸液杂质———氧化铁颗粒超标和冷却中断等不正常情况时,原装机械密封就会因严重受损而失效。从原装机械密封现场实际使用情况看,当酸液中出现大量颗粒介质———氧化铁聚集时,机械密封的主密封动环和静环就会快速磨损,特别是静环的直角外缘会出现锯齿形破损,进而导致机械密封失效;当泵正常工作中出现冷却液中断时,主密封的静支环和垫片会因温升受热化而被静环背部挤压变形,使机械密封失效。

  机械密封又称端面密封,主要由动环(随轴一起旋转并能做轴向移动)、静环、压紧元件(弹簧)和密封元件(动环密封圈、静环密封圈)等组成必一运动。

  机械密封原理是动环借密封腔中液体的压力和压紧元件的压力,使其端面贴合在静环的端面上,并在两环端面A上产生适当的比压(单位面积上的压紧力)和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。而机械密封动环和轴之间的间隙B由动环密封圈4密封,机械密封静环和机械密封压盖之间的间隙C由静环密封圈7密封。由此构成的三道密封(即A、B、C三个界面的密封)封堵了密封腔中液体向外泄露的全部可能途径。机械密封密封元件除了密封作用以外,还与作为压紧元件的弹簧一道起到了缓冲补偿作用。离心泵在运转过程中,轴的振动如果不加缓冲而直接传递到密封端面上,那么密封端面不能紧密贴合而会使泄露增加,或者由于过大的轴向荷载而导致密封端面磨损严重,使密封失效。另外,端面因摩擦必然会产生磨损,如果没有缓冲补偿必一运动,势必会造成端面的间隙越来越大而无法密封。

  简单来讲,一个随轴一起运动的动环,一个与壳体相对静止的静环,被弹簧施加力量而紧靠在一起,至于结构,别的答主已经贴图了,就不重复了

  工作的时候,动环随轴一起旋转,紧贴着静环壁面,从而封住液体从一侧到另外一侧

  至于说到工作原理,跟离心泵前后密封衬套(工厂里基本都是叫做口环的),通过壳体密封衬套和叶轮密封衬套之间的小间隙来控制少量的泄露一样,只是机械密封做的更加牛逼,完全靠住罢了。

  与机械密封配套使用的冲洗方案:离心泵最常见的plan11和plan23都很好很常见,目的都是为了带走动环和静环摩擦产生的热量,这就是为什么机械密封需要轴套安装动环,需要高精度的密封安装座,这都是用来保证静环的安装精度的。实际工作条件下,一旦发生一点非工况的环境,烧毁的基本都是机械密封,这里指的非工况,包括了离心泵进口流量或者压力的波动,离心泵本身扬程不足,出口压力不够,plan11的情况下不能给机械密封提供足够的冲洗流量,包括泵本体震动产生的摩擦副变形失效等等。成套的泵厂家在某些国内关键泵上,常常采用动静环进口,别的零部件国产的方法降低成本。

  当然,机械密封并不是完美密封(这就是磁力泵存在的必要性),根据API标准,每小时还是可以有几滴的泄露的,这些泄露,是因为实际工作条件下,液体进入摩擦表面,带走热量的同时,也被动静环带一些出去液体,这些液体会被泄露出去。当然,动静环如果比较大,线速度比较大,摩擦产生的热量比较恐怖,密封厂家设计的时候还会在动静环上开槽,引导液体能够进入动静环摩擦副,还可以在动静环之间形成稳定的液膜,减少摩擦的同时,依然能够封住液体从高压侧移动去低压侧。现在还有用氮气密封冲洗,这些密封结构比较复杂,但是本质相同。比如plan72+75之类的,配合双密封BDTXX(平衡型Balance,有压双端面Double,衬套安装,材料厂家自定),第一个泵液体侧的密封封住离心泵的液体,外侧密封和内侧密封中间的空腔中通氮气,这样氮气也有外面一道密封封住。这种情况,多用于离心泵侧液体可能比较危险,同时功率太高不适合用磁力泵,也可能泵内侧液体经过节流衬套后压力依然比较高(比方说节流后依然有4MPa,虽然理论上单个机械密封是完全可以封住的),这样,氮气的压力可以缓冲(充1MPa的氮气压力,这样机械密封的压力差就只有3MPa,外侧机械密封封住1MPa的氮气压力就可以),进入的氮气缓慢的释放,带走泵内侧密封泄漏出来的液体,传去火炬燃烧,或者地沟排走。

  我们先说下离心泵。离心泵主要是通过电机、联轴器,使其叶轮高速旋转必一运动,在叶片之间的液体受到叶片的推动,在离心力的作用下,不断地从中心被甩向四周,当泵内液体从叶轮中心被抛向边缘时,中心处形成了低压区,由于进泵前的液体压强大于泵吸入口处的压强,在压强差的作用下,液体便经吸入管连续地吸入泵内,以补充被排出液体的位置,只要叶轮不停地旋转,液体便不断地吸入和排出。

  泵轴穿过泵壳时,动静之间有间隙存在时,泵内的液体就会从间隙漏至泵外,若吸入端是真空,则外界空气会漏入泵内,严重影响泵的工作,为了减少泄漏,一般在动静间隙处装有轴端密封装置。

  轴封装置是离心泵的重要部件,它直接关系到离心泵能否正常工作。现在轴封装置一般采用机械密封。

  机械密封又称端面密封,主要由动环(随轴一起旋转并能做轴向移动)、静环、压紧元件(弹簧)和密封元件(动环密封圈、静环密封圈)等组成。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。密封圈起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用,同时对泵的振动、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,它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的。

  简单来说,机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置。

  本人从事机械密封维修,就本人个人理解,通过利用离心泵自身机械力,从而对离心泵泵腔内液体密封的装置(当然它是一个完整的部件其构造百一下就好)

  机械密封也称金属端面密封,是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面,在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置,属于径向密封。机械密封结构型式很多,但密封原理基本相同,典型结构如图1所示。

  主要动密封件:动环和静环。动环与泵轴一起旋转,静环固定在压盖内,用防转销来防止它转动。靠动环与静环的接触端面在运动中始终保持贴合来实现密封。

  (3)动环与轴(或轴套)之间的密封,当端面摩擦磨损后必一运动,它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动,实际上仍然是一个相对静密封。静密封元件最常用的有橡胶O形密封圈或聚四氟乙烯V形密封圈,而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。

  (4)动环与静环的端面彼此贴合作相对滑动,属于动密封。它是机械密封装置中的主密封,也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此对密封端面的加工要求很高,同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜,必须严格控制端面上的单位面积压力,压力过大,不易形成稳定的润滑液膜,会加速端面的磨损;压力过小,泄漏量增加。因此,要获得良好的密封性能又有足够寿命,在设计和安装机械密封时,一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。

  (1)密封可靠,在长周期的运行中密封状态很稳定,泄漏量很小,按粗略统计,其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100。

  (2)使用寿命长,在油、水类介质中一般可达1~2年或更长时间,在化工介质中通常也能达半年以上。

  (3)摩擦功率消耗小,机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%~50%。

  (7)适用范围广。机械密封能用于低温、高温必一运动、真空、高压、不同转速以及各种腐蚀性介质和含固体颗粒介质等情况。

  离心泵运转过程中,机械密封的冲洗是一个重要问题,要求冲洗液清洁,温度不宜太高。对于输送含固体颗粒的介质或高温介质的泵,应考虑在泵外设一辅助清洗机械密封的系统,包括过滤器、冷却器等,这对保证机械密封正常运转,延长泵运行周期十分有效。冲洗方案可参考API 682相关标准。

  机械密封安装于泵轴外,静环内侧有密封圈,该密封圈与泵轴接触,保证不发生泄露。


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