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釜用機(jī)械密封

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【行業(yè)知識(shí)】特殊工況機(jī)械密封方案

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【行業(yè)知識(shí)】特殊工況機(jī)械密封方案

發(fā)布日期:2019-03-02 作者:機(jī)械密封 點(diǎn)擊:

機(jī)械密封.jpg

機(jī)泵裝置中,機(jī)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械密封約占整個(gè)動(dòng)密封數(shù)量的80%-85%。而在機(jī)泵故障中,機(jī)械密封的故障大約占整個(gè)維修工作量的一半。可見(jiàn)機(jī)械密封在機(jī)泵維修中所占的位置。由于機(jī)泵所輸送的介質(zhì)千差萬(wàn)別,工藝條件各不相同,所以了解這些情況對(duì)機(jī)封的選擇及維護(hù)很重要。結(jié)合多年來(lái)在機(jī)封選擇和維修中的經(jīng)驗(yàn),介紹幾種特殊工況下機(jī)械密封的工作特點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

 一、高溫下的機(jī)械密封

 一般情況下,介質(zhì)的溫度超過(guò)120℃即認(rèn)為是高溫密封。此時(shí)機(jī)械密封存在的主要問(wèn)題有:(1)由于摩擦副端面溫度升高,導(dǎo)致密封端面間液膜氣化,摩擦系數(shù)隨之增大,磨損加劇,溫升加大,密封環(huán)產(chǎn)生熱變形或熱裂而失效;(2)機(jī)械密封中的輔助密封圈材料一般為橡膠或聚四氟乙烯,由于長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境中,容易老化和分解,造成密封失效;(3)高溫下機(jī)械密封的彈性元件易產(chǎn)生疲勞和蠕變,使密封失效;(4)高溫會(huì)加劇金屬材料的腐蝕,縮短機(jī)封的使用壽命。

 為保證機(jī)械密封在高溫環(huán)境下正常工作,可以采取如下措施。


 1.給機(jī)封增加冷卻沖洗裝置。

 2.選擇耐高溫的材料,根據(jù)不同的工作溫度選用不同的材料。丁腈橡膠溫度上限為80℃,硅橡膠和氟橡膠為200℃,聚四氟乙烯為250℃。另外,機(jī)械密封中的非金屬摩擦副多采用石墨浸漬材料制成,所以也要根據(jù)不同的工作溫度選用不同種類(lèi)的浸漬石墨。一般浸巴氏合金石墨適用溫度范圍小于150℃,浸樹(shù)脂石墨適用溫度范圍為170~200℃,浸銅、鋁、鉛的石墨可在小于400℃的工作條件下使用。動(dòng)環(huán)組件應(yīng)盡可能選用膨脹系數(shù)相近的材料,以防止高溫下動(dòng)環(huán)和動(dòng)環(huán)座的連接松動(dòng)。

 3.選擇金屬波紋管機(jī)械密封。金屬波紋管密封近年來(lái)在高溫密封中使用很多,并且取得了很好的效果。在該種機(jī)封中,金屬波紋管取代了普通機(jī)封中的彈簧,省去了動(dòng)環(huán)輔助密封圈,不需要克服動(dòng)環(huán)補(bǔ)償時(shí)與轉(zhuǎn)軸的摩擦和磨損,因此在高溫下使用,一般都能取得不錯(cuò)的效果。

 二、低溫下的機(jī)械密封

 在煉油化工裝置中,低溫輸送的介質(zhì)一般都具有豁度小、潤(rùn)滑性差、容易氣化的特點(diǎn),而且介質(zhì)在氣化時(shí)大量吸熱,使周?chē)鷾囟燃眲∠陆?,造成空氣中水氣的凝結(jié),導(dǎo)致端面及其周?chē)Y(jié)冰,使端面貼合不嚴(yán)引起泄漏。同時(shí),因潤(rùn)滑性差,端面摩擦產(chǎn)生的熱量較多,若不能及時(shí)轉(zhuǎn)移,必然會(huì)加劇端面處的氣化,造成惡性循環(huán),加速密封面的早期失效。另外,低溫密封的輔助密封圈在低溫下發(fā)硬失彈也容易導(dǎo)致泄漏。


 對(duì)低溫密封,除了選擇合適的輔助密封圈材質(zhì)外,還要注意以下幾點(diǎn)。

 1.改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)及正確選擇摩擦副材料。實(shí)踐證明,在靜環(huán)表面開(kāi)圓弧形凹槽可形成流體動(dòng)力密封,增加流體膜承載能力,改善端面潤(rùn)滑條件,有效延長(zhǎng)機(jī)封工作壽命。在端面配對(duì)方面,碳化鎢一M106K石墨組對(duì)(即動(dòng)、靜環(huán)材料)一般要優(yōu)于其他材料,因?yàn)槠錆?rùn)滑性好,摩擦系數(shù)低,導(dǎo)熱性也比較好。

 2.選擇合適的端面比壓。低溫密封由于端面潤(rùn)滑性差,容易發(fā)生氣化、結(jié)冰,所以在保證密封可靠的前提下,端面比壓可適當(dāng)減小。一般機(jī)械密封比壓值推薦為0.29-0.59MPa,對(duì)低溫密封可取其下限。對(duì)金屬波紋管機(jī)械密封,由于動(dòng)環(huán)沒(méi)有軸向摩擦,端面比壓甚至可以低于下限。

 3.工藝上采取相應(yīng)措施。如盡量減少介質(zhì)的含水量;保持密封腔壓力的相對(duì)穩(wěn)定;盡可能配備沖洗冷卻裝置;在設(shè)備啟動(dòng)前,對(duì)機(jī)封部位進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱等。

 三、高速下的機(jī)械密封


 當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3000r/min或者摩擦副的線(xiàn)速度超過(guò)25m/s時(shí),一般可視為高速密封。在高速條件下,摩擦端面由于線(xiàn)速度很大,摩擦產(chǎn)生的熱量也多,此時(shí)端面液膜不容易形成,磨損加劇。高速還容易引起旋轉(zhuǎn)環(huán)的振動(dòng),并受到較大的離心力作用,不利于端面間液膜的形成和維持。所以在高速情況下,為了減小離心力和振動(dòng)的影響,應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)動(dòng)部件,采用彈簧靜止式結(jié)構(gòu)。也可以加強(qiáng)對(duì)摩擦副端面的冷卻和潤(rùn)滑。另外還可選用[PV]值高的摩擦副材料,減小端面的接觸寬度,或者采用受控膜機(jī)械密封。近年來(lái),一種名為差動(dòng)環(huán)式的機(jī)械密封也在高速設(shè)備中得到應(yīng)用。由于在原先的動(dòng)靜環(huán)中間加入了一個(gè)差動(dòng)環(huán),可以將摩擦副線(xiàn)速度降低一半,取得了不錯(cuò)的效果。


 四、高壓下的機(jī)械密封


 機(jī)械密封工作壓力超過(guò)4-5MPa即屬于高壓密封范圍。在高壓條件下,由于密封端面比壓值過(guò)大,引起端面發(fā)熱,從而破壞液膜的形成,造成異常磨損。高壓還可能使摩擦副產(chǎn)生變形和破裂。高壓密封一般均采用平衡型結(jié)構(gòu),以使端面比壓處于一個(gè)合適的范圍。但考慮到密封的可靠性,平衡系數(shù)不可能無(wú)限制增大,因而有些情況盡管已經(jīng)采用了平衡型結(jié)構(gòu),但端面比壓仍可能較大。(公眾號(hào):泵管家)單靠平衡型結(jié)構(gòu)很難滿(mǎn)足使用要求,這種情況可采用多端面機(jī)封或者受控膜機(jī)械密封。


 五、腐蝕環(huán)境下的機(jī)械密封


 有些機(jī)械密封處于腐蝕環(huán)境中,這時(shí)不僅要注意機(jī)封中每個(gè)零件本身的耐腐蝕性,還要防止它們組合在一起時(shí)可能產(chǎn)生的電耦現(xiàn)象。腐蝕環(huán)境中的機(jī)械密封,在選用時(shí)要注意采用耐腐蝕的材料。此外,可以采用外裝式機(jī)械密封。對(duì)腐蝕性特強(qiáng)容易引起安全事故的,可以采用雙端面密封,引入隔離液加以保護(hù)。


 六、顆粒介質(zhì)下的機(jī)械密封


 有些機(jī)封可能在含固體顆粒的介質(zhì)中工作,當(dāng)固體顆粒進(jìn)入摩擦端面時(shí),容易產(chǎn)生劇烈磨損,導(dǎo)致密封端面很快失效。另外固體顆??赡軙?huì)使動(dòng)環(huán)密封圈無(wú)法沿軸向移動(dòng),從而使動(dòng)環(huán)無(wú)法浮動(dòng),失去補(bǔ)償性,導(dǎo)致機(jī)封失效。對(duì)此比較有效的做法是加入一個(gè)外沖洗裝置。由于引入密封腔的沖洗液壓力高于密封腔介質(zhì)壓力,因此可以有效阻止顆粒介質(zhì)進(jìn)入密封腔。此外可以采用雙端面機(jī)械密封,在密封腔中間加入封液。還可以采用外裝式機(jī)械密封。


 目前,機(jī)械密封在煉油化工裝置的機(jī)動(dòng)設(shè)備中已經(jīng)成為一種最普遍的密封形式,而且,隨著其設(shè)計(jì)制造水平的不斷提高以及新材料的不斷開(kāi)發(fā),其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。


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