機(jī)械密封為什么要用輔助設(shè)施

一、機(jī)械密封為什么要用輔助設(shè)施在流體機(jī)械中(如泵、壓縮機(jī)、攪拌釜和離心機(jī)等)，工作條件最苛刻的部件要算機(jī)械密封。像推力軸承那樣承受軸向力;像換熱器那樣把產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出。在高溫、高壓、易腐蝕等部位實現(xiàn)靜密封已經(jīng)比較困難，要求在高速旋轉(zhuǎn)中，在幾毫米寬的密封端面上實現(xiàn)動密封就更加困難了。為了解決這個棘手的問題，經(jīng)過一長期的實踐，我們找到了兩個途徑:一是從密封的結(jié)構(gòu)和材料入手，使其適應(yīng)苛刻的工作條件。這種做法花費的代價較高，盡管如此，仍不能從根本上解決問題。一旦密封失效，后果嚴(yán)重。另一途徑是通過輔助設(shè)施改善工作環(huán)境。目前，實際工作中不用任何輔助設(shè)施的機(jī)械密封實屬罕見。如高壓使用的串聯(lián)機(jī)械密封以及高溫泵的機(jī)械密封等都必須采用相應(yīng)的輔助設(shè)施。通過輔助設(shè)施，將某些苛刻的工作環(huán)境改變?yōu)槊芊饽芙邮艿?，使機(jī)械密封的效果大大提高，使用范圍更加寬廣。機(jī)械密封工作中產(chǎn)生的摩擦熱，使密封端面溫度升高，如不采取相應(yīng)的設(shè)施，會產(chǎn)生許多不良后果。1)溫度升高使密封端面間液膜汽化，磨損加劇，使密封失效；2)溫度升高使動靜環(huán)產(chǎn)生熱變形，泄漏增大、磨損加??；3)溫度升高也加劇了介質(zhì)對機(jī)械密封的腐蝕；4)溫度升高使輔助密封圈老化、變質(zhì)而失效；5)溫度升高，浸漬合成樹脂的石墨，因樹脂碳化而性能下降，浸金屬的石墨環(huán)，因金屬熔化而泄漏。由此可見，不允許的溫升是機(jī)械密封的大敵。輔助設(shè)施的目的在于減少這種人們不希望的溫升，保持密封端面間的良好潤滑狀態(tài)，使機(jī)械密封各零件良好、正常地工作。在易汽化介質(zhì)中，保證密封腔中的壓力，使之不汽化;在低溫泵的密封中可起到保溫和供熱的作用；對于有固體顆粒出現(xiàn)的結(jié)晶和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的密封，還能保持密封不受損害。因此，有的國家把輔助系統(tǒng)稱為保護(hù)系統(tǒng)。1983年中國石化總公司組織了對七大石化企業(yè)的機(jī)泵密封調(diào)查認(rèn)為:“國外引進(jìn)的離心泵和壓縮機(jī)的軸封，根據(jù)不同條件都帶有不同的輔助設(shè)施。實踐證明，往往結(jié)構(gòu)合理，材料良好而忽視了輔助設(shè)施，造成困難的工作條件，導(dǎo)致密封早期失效。反之，有些場合的結(jié)構(gòu)和材料還不足以滿足工作條件的要求，采用有效的輔助設(shè)施，結(jié)果促使密封滿足了工作條件的要求，順利地運(yùn)轉(zhuǎn)”。有的機(jī)械密封工作溫度、壓力和速度等不太高，不用輔助設(shè)施也可以工作。但是，從密封的穩(wěn)定性和使用壽命的觀點考慮，采用輔助設(shè)施是有利的。因此，應(yīng)當(dāng)把輔助設(shè)施看成是機(jī)械密封的組成部分，根據(jù)不同的工作條件，采用不同的輔助設(shè)施。國際上通用的美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(離心泵API610)，對此都做了具體的規(guī)定。正確、合理地選用輔助設(shè)施，不僅對密封的穩(wěn)定性而且對延長使用壽命都有重要意義：對安全生產(chǎn)以及對減少漏損、減少維修工作量和降低生產(chǎn)成本有一定的作用，必須給予足夠的重視。輔助設(shè)施也稱為密封循環(huán)保護(hù)系統(tǒng)，或簡稱為密封系統(tǒng)或保護(hù)系統(tǒng)。二、機(jī)械密封的輔助設(shè)施包括哪些內(nèi)容機(jī)械密封的輔助設(shè)施是許多元件的統(tǒng)稱。由過濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、壓力罐、增壓罐、各種監(jiān)測儀表、管路和管件等組成。實際工作中，可用一種或幾種，根據(jù)具體條件選定。通過沖洗、冷卻、過濾和分離等方式，實現(xiàn)對機(jī)械密封的潤滑、冷卻或調(diào)溫、沖洗、凈化、稀釋和沖掉泄漏介質(zhì)，改善密封的工作環(huán)境。所有輔助設(shè)施中最主要的工作方式是沖洗。所謂沖洗是將密封流體注入到密封腔內(nèi)，完成潤滑、冷卻、凈化等功能，將不利的環(huán)境改變?yōu)槊芊饽芙邮艿墓ぷ鳝h(huán)境。沖洗的種類很多，按沖洗方式和密封流體的不同可分為自沖洗、循環(huán)沖洗和注入式?jīng)_洗。自沖洗是用泵本身產(chǎn)生的壓差或密封腔內(nèi)的泵送裝置產(chǎn)生的壓差，使被密封介質(zhì)通過密封腔形成閉合回路實現(xiàn)沖洗；循環(huán)沖洗是通過產(chǎn)生壓差的設(shè)施(例如泵送環(huán)等)使外加的密封流體(有人稱隔離液)進(jìn)行循環(huán)，達(dá)到?jīng)_洗的目的；注入式?jīng)_洗是被密封介質(zhì)不宜做密封流體時，從外部注入另一種液體到密封腔內(nèi)，改善密封工作條件的一種方法。溫度調(diào)節(jié)設(shè)施：用溫度適宜的流體，對密封腔、靜環(huán)及其它零部件進(jìn)行冷卻或保溫(或加熱)，達(dá)到提高密封穩(wěn)定性和延長使用壽命的目的。這些設(shè)施不與被密封流體接觸(或混合)。需要指出的是沖洗兼有溫度調(diào)節(jié)設(shè)施的功能，可直接冷卻密封件。過濾和分離：在進(jìn)行沖洗時用過濾器和旋液分離器將密封流體中的雜質(zhì)濾掉，保證密封端面不受損傷。輔助設(shè)施除上述外，還有實現(xiàn)上述功能用的換熱器、孔板、貯壓罐及儀表等，所有這些構(gòu)成了密封系統(tǒng)。三、循環(huán)沖洗用于什么工作條件循環(huán)沖洗是通過一個泵送裝置使外加的密封流體進(jìn)行循環(huán)(圖62)。這里有兩點需引起注意，一是“泵送裝置”，可以是外加的油站和密封腔形成閉合回路進(jìn)行循環(huán)，也可在密封腔中裝設(shè)一個泵，或者是用熱虹吸的原理使流體循環(huán)。另一點要注意的是“外加的密封流體”。這種沖洗方式用在雙端面或多端面密封上，在單端面密封上不采用。循環(huán)沖洗也有人稱為“外循環(huán)”。四、注入式?jīng)_洗用在什么場合對于內(nèi)裝單端面密封，當(dāng)被密封介質(zhì)不宜作密封流體時，比如被密封介質(zhì)含固體顆粒(如煉油廠催化裂化裝置中的油漿泵)或溫度高、粘度大(如煉油廠常減壓裝置中的塔底泵)，需從外部引入密封流體(煉油廠常用蠟油和柴油餾分)，注入到密封腔中，改善密封的工作環(huán)境。對于采用單端面密封的高溫泵、易結(jié)晶或含固體顆粒以及腐蝕介質(zhì)泵，均可采用注入式?jīng)_洗。注入式?jīng)_洗有人簡稱為“沖洗”。五、沖洗液進(jìn)入密封腔的方式有幾種沖洗液進(jìn)入密封腔的方式有兩種：單點沖洗和多點沖洗。單點沖洗：沖洗液由一個流出口沖洗密封，又可分為徑向、軸向和切向三種方式(圖63)。徑向沖洗：密封流體沿徑向垂直沖洗摩擦副(圖63a)，結(jié)構(gòu)簡單，是應(yīng)用較多的一種方式。但沖洗量不可過大，以防止將石墨環(huán)沖出缺口。軸向沖洗(圖63c)：密封流體沿軸向進(jìn)入密封腔，避免了對石墨環(huán)的沖蝕作用，可用于腐蝕介質(zhì)的泵中。切向沖洗(圖63b)：沖洗液沿切線方向沖洗摩擦副，是單點沖洗中較好的方式。單點沖洗結(jié)構(gòu)簡單，但密封周圍溫度分布不均勻。為了避免沖蝕石墨環(huán)，徑向沖洗液流入密封腔的流速不要高于3m/s，沖洗孔的直徑不要小于5mrn。為此都要控制沖洗量。切向沖洗使密封面圓周的溫度趨于均勻，也減少了對石墨環(huán)的沖蝕，是值得推薦的方法。多點沖洗(圖64)：沖洗液沿圓周多個小孔同時進(jìn)入密封腔，并起沖洗作用。多點沖洗克服了單點沖洗的缺點，使摩擦副周圍的溫度分布更均勻。但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需增加一個沖洗環(huán)，內(nèi)設(shè)6~8個小孔，孔徑3~4mm。多點沖洗用在易汽化的介質(zhì)中，也可用在產(chǎn)生摩擦熱較多的高pv值場合。沖洗孔位置應(yīng)盡量開設(shè)在摩擦副處，以便更好地把熱量導(dǎo)走。單點沖洗不能直接對準(zhǔn)石墨環(huán)(靜環(huán))，也不能遠(yuǎn)離摩擦副，使沖洗作用減弱。六、沖洗量是怎樣確定的理論上講沖洗量是按密封裝置的熱平衡原理計算確定。產(chǎn)生的熱量中有摩擦副的摩擦熱、密封旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的攪拌熱、泵內(nèi)流體傳到密封處的熱量等。散失熱量的方式有壓蓋急冷、密封腔夾套冷卻和自然冷卻。產(chǎn)生的熱量減去散失的熱量，兩者的差值應(yīng)是沖洗帶走的熱量。該計算麻煩，有很多數(shù)據(jù)是選取的，計算f結(jié)果沒有多大的意義。根據(jù)長期的實踐和經(jīng)驗，沖洗量在3~30L/min，可根據(jù)密封規(guī)格(直徑)和介質(zhì)的種類選取(見表32)。根據(jù)選取的沖洗量，對易揮發(fā)介質(zhì)或溫度較高的介質(zhì)沖洗量要適當(dāng)大一些。七、怎樣控制沖洗量沖洗量可以用節(jié)流閥來改變，也可以用限流孔板來控制。由于節(jié)流閥沒有量的概念，所以現(xiàn)在大多用限流孔板。按需要的沖洗量和孔板前后的壓差來確定孔板的直徑。換言之，孔徑確定后，孔板前后的壓差一定，沖洗量就確定了，無法調(diào)節(jié)。可用計算的方法近似地按孔板流量公式計算孔板的孔徑，但是由于孔板結(jié)構(gòu)不同，計算結(jié)果需通過實驗進(jìn)行修正。既然如此，直接用實驗結(jié)果更為方便。所以，沖洗量大都用實驗圖表查得。目前用的孔板有兩種結(jié)構(gòu)。一種是法蘭聯(lián)接的，另一種是螺紋聯(lián)接的。法蘭聯(lián)接的孔板結(jié)構(gòu)簡單(圖65)，拆裝方便。厚度為4~6mm的圓板帶有一“尾巴”，以便于安裝，上面打鋼印，表示孔徑的數(shù)值。通常用不銹鋼板制造。這種結(jié)構(gòu)的孔板，流量、孔徑和壓差的關(guān)系見(圖66)。對于不用做冷卻的沖洗