影響齒輪泵KCB33.3用機械密封外部條件的研究
時(shí)間:2013-08-12 13:55 作者:特種泵 點(diǎn)擊:次
影響齒輪泵KCB33.3用機械密封外部條件的研究 齒輪泵 機械密封的密封效果將直接影響整機的運行，尤其是在石油化工領(lǐng)域內，因存在易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等介質(zhì)，機械密封出現泄
影響齒輪泵KCB33.3用機械密封外部條件的研究
齒輪泵機械密封的密封效果將直接影響整機的運行，尤其是在石油化工領(lǐng)域內，因存在易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等介質(zhì)，機械密封出現泄漏，將嚴重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，嚴重的還將出現重大安全事故。人們在分析質(zhì)量故障原因時(shí)，往往習慣在機械密封自身方面查找原因，例如：機械密封的選型是否合適，材料選擇是否正確，密封面的比壓是否正確，摩擦副的選擇是否合理等等。而很少在機械密封的外部條件方面去查找原因，例如：齒輪泵KCB33.3給機械密封創(chuàng )造的條件是否合適，輔助系統的配置是否合適，而這些方面的原因往往是非常重要的。齒輪泵用機械密封的外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應采取的合理措施?！?br />
1 機械密封的原理及要求
機械密封是靠一對相對運動(dòng)的環(huán)的端面A (一個(gè)固定，另一個(gè)與軸一起旋轉) 相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用，這種裝置稱(chēng)為機械密封。
機械密封通常由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副，動(dòng)環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使齒輪泵在不運轉狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動(dòng)環(huán)與軸的間隙B、靜環(huán)與壓蓋的間隙C的作用，同時(shí)對齒輪泵的振動(dòng)、沖擊起緩沖作用。機械密封在實(shí)際運行中不是一個(gè)孤立的部件，它是與齒輪泵的其它零部件一起組合起來(lái)運行的，同時(shí)通過(guò)其基本原理可以看出，機械密封的正常運行是有條件的，例如：泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓；機械密封處的泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會(huì )不均勻等等。只有滿(mǎn)足類(lèi)似這樣的外部條件，再加上良好的機械密封自身性能，才能達到理想的密封效果?！ ?br />
2 外部條件影響的原因分析
2.1 泵軸的軸向竄量大
機械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個(gè)推力，旋轉起來(lái)使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個(gè)比壓，機械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5 mm以?xún)?。但在?shí)際設計當中，由于設計的不合理，往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量，對機械密封的使用是非常不利的。這種現象往往出現在多級齒輪泵中，尤其是在齒輪泵KCB33.3啟動(dòng)過(guò)程中，竄量比較大。
平衡盤(pán)工作時(shí)自動(dòng)改變平衡盤(pán)與平衡環(huán)之間的軸向間隙b，從而改變平衡盤(pán)前后兩側的壓差，產(chǎn)生一個(gè)與軸向力方向相反的作用力來(lái)平衡軸向力。由于轉子竄動(dòng)的慣性作用和瞬態(tài)齒輪泵工況的波動(dòng)，運轉的轉子不會(huì )靜止在某一軸向平衡位置。平衡盤(pán)始終處在左右竄動(dòng)的狀態(tài)。平衡盤(pán)在正常工作中的軸向竄量只有0105～011 mm，滿(mǎn)足機械密封的允許軸向竄量015mm的要求，但平衡盤(pán)在齒輪泵KCB33.3啟動(dòng)、停機、工況劇變時(shí)的軸向竄量可能大大超過(guò)機械密封允許的軸向竄量?！ ?br />
齒輪泵KCB33.3經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間運行后，平衡盤(pán)與平衡環(huán)摩擦磨損，間隙b隨著(zhù)增大，機械密封軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用，吸入側的密封面的壓緊力增加，密封面磨損加劇，直至密封面損壞，失去密封作用。吐出側的機械密封，隨著(zhù)平衡盤(pán)的磨損，轉子部件的軸向竄量大于密封要求的軸向竄量，密封面的壓緊力減小，達不到密封要求，最終使齒輪泵KCB33.3兩側的機械密封全部失去密封作用?！ ?br />
2.2 軸向力偏大
機械密封在使用過(guò)程中是不能夠承受軸向力的，若存在軸向力，對機械密封的影響是嚴重的。有時(shí)由于齒輪泵KCB33.3的軸向力平衡機構設計的不合理及制造、安裝、使用等方面的原因，造成軸向力沒(méi)有被平衡掉。機械密封承受一個(gè)軸向力，運轉時(shí)密封壓蓋溫度將偏高，對于聚丙烯類(lèi)的介質(zhì)，在高溫下會(huì )被熔融，因此齒輪泵啟動(dòng)后很快就失去密封效果，齒輪泵KCB33.3靜止時(shí)則密封端面出現間斷的噴漏現象?！?br />
2.3 泵軸的撓度偏大
機械密封又稱(chēng)端面密封，是一種旋轉軸向的接觸式動(dòng)密封，它是在流體介質(zhì)和彈性元件的作用下，兩個(gè)垂直于軸心線(xiàn)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(gè)密封之間要受力均勻。但由于齒輪泵KCB33.3產(chǎn)品設計的不合理，泵軸運轉時(shí)，在機械密封安裝處產(chǎn)生的撓度較大，使密封面之間的受力不均勻，導致密封效果不好?！ ?br />
2.4 沒(méi)有輔助沖洗系統或輔助沖洗系統設置不合理
機械密封的輔助沖洗系統是非常重要的，它可以有效地保護密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。有時(shí)設計員沒(méi)有合理地配置輔助沖洗系統，達不到密封效果； 有時(shí)雖然設計人員設計了輔助系統，但由于沖洗液中有雜質(zhì)，沖洗液的流量、壓力不夠，沖洗口位置設計不合理等原因，也同樣達不到密封效果?！?br />
2.5 振動(dòng)偏大
機械密封振動(dòng)偏大，最終導致失去密封效果。但機械密封振動(dòng)偏大的原因往往不是機械密封本身的原因，齒輪泵KCB33.3的其它零部件是產(chǎn)生振動(dòng)的根源，如齒輪泵KCB33.3軸設計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因?！ ?br />
2.6 齒輪泵KCB33.3汽蝕的原因
由于裝置系統操作不合理以及齒輪泵KCB33.3進(jìn)口汽蝕性能不好、齒輪泵的轉速偏高，在齒輪泵KCB33.3的入口處發(fā)生局部汽蝕，汽蝕發(fā)生后，油中會(huì )有氣泡，它一方面會(huì )沖擊機械密封面的外表面，使其表面出現破損； 另一方面會(huì )使動(dòng)靜環(huán)的吻合面的流動(dòng)膜中也含有氣泡，不能形成穩定的流動(dòng)膜，造成動(dòng)靜環(huán)的吻合面的干摩擦，使機械密封裝置損壞?！?br />
2.7 機械加工精度不夠
機械加工精度不夠，原因有很多，有的是機械密封本身的加工精度不夠，這方面的原因容易引起人們的注意，也容易找到。但有時(shí)是齒輪泵KCB33.3其它部件的加工精度不夠，這方面的原因，不容易引起人們的注意。例如：泵軸、軸套、泵體、密封腔體的加大精度不夠等原因。這些原因的存在對機械密封的密封效果是非常不利的?！?br />
3 應采取的措施
3.1 消除齒輪泵KCB33.3軸竄量大的措施
合理地設計軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿(mǎn)足這一要求，對于多級齒輪泵KCB33.3，比較理想的設計方案有兩個(gè)：一個(gè)是平衡盤(pán)加軸向止推軸承，由平衡盤(pán)平衡軸向力，由軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位； 另一個(gè)是平衡鼓加軸向止推軸承，由平衡鼓平衡掉大部分軸向力，剩余的軸向力由止推軸承承擔，同時(shí)軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位。第二種方案的關(guān)鍵是合理地設計平衡鼓，使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級、中開(kāi)齒輪泵KCB33.3等產(chǎn)品，在設計時(shí)采取一些措施保證泵軸的竄量在機械密封所要求的范圍之內?！ ?br />
3.2 消除軸向力偏大的措施
合理地設計軸向力平衡機構，使之能夠真正充分地平衡掉軸向力，給機械密封創(chuàng )造一個(gè)良好的條件。對于一些電廠(chǎng)、石油、化工等領(lǐng)域應用的重要產(chǎn)品，在產(chǎn)品出廠(chǎng)之前，必須做到臺臺試驗檢測和發(fā)現問(wèn)題和解決問(wèn)題。有些重要的齒輪泵KCB33.3可以在轉子上設計一個(gè)軸向測力環(huán)，對軸向力的大小進(jìn)行隨時(shí)監測，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)解決?！ ?br />
3.3 消除泵軸撓度偏大的措施
這種現象大多存在臥式多級齒輪泵KCB33.3中，在設計時(shí)采取以下措施：
(1) 減少兩端軸承之間的距離。齒輪泵葉輪的級數不要太多，在齒輪泵KCB33.3總揚程要求較高的情況下，盡量提高每級葉輪的揚程，減少級數?！ ?br />
(2) 增加泵軸的直徑。在設計泵軸直徑的時(shí)候，不要簡(jiǎn)單地僅考慮傳遞功率的大小，而要考慮機械密封、軸撓度、起動(dòng)方法和有關(guān)慣性負荷、徑向力等因素。很多設計員沒(méi)有充分認識到這一點(diǎn)?！ ?br />
(3) 提高泵軸材料的等級?！ ?br />
(4) 泵軸設計完成后，對泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗計算?！?br />
3.4 增加輔助沖洗系統
在條件允許的情況下，盡量設計輔助沖洗系統。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0107 ～011 MPa，如果輸送介質(zhì)屬于易汽化的，則應高于汽化壓力01175～012 MPa。密封腔壓力要根據每種齒輪泵KCB33.3的結構型式、系統壓力等因素來(lái)計算。軸封腔壓力很高時(shí)或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時(shí)，也可由密封腔引液體至低壓區，使軸封液體流動(dòng)以帶走摩擦熱。
根據每種齒輪泵KCB33.3的操作條件，合理地配置管路和附件。如冷卻器、孔板、過(guò)濾器、閥門(mén)、流量指示器、壓力表、溫度等。實(shí)際上密封的可靠性和壽命，在很大程度上取決于密封輔助系統的配置?！?br />
3.5 消除齒輪泵KCB33.3進(jìn)口汽蝕的措施
(1) 提高齒輪泵KCB33.3的汽蝕性能水平，滿(mǎn)足現場(chǎng)裝置的汽蝕性能的要求?！ ?br />
(2) 現場(chǎng)試驗裝置的要求要與汽蝕性能水平匹配?！?br />
(3) 現場(chǎng)安裝和工況調節要給齒輪泵創(chuàng )造有利的條件?！ ?br />
3.6 消除齒輪泵KCB33.3振動(dòng)的措施
(1) 齒輪泵KCB33.3在設計過(guò)程中，要充分分析振動(dòng)的來(lái)源，以消除振動(dòng)源?！ ?br />
(2) 齒輪泵KCB33.3的制造裝配過(guò)程中，嚴格按標準和操作規程去執行，消除振動(dòng)源。
(3) 電機、底座、現場(chǎng)管路等輔助設備在現場(chǎng)安裝時(shí)，要嚴格把關(guān)，消除振動(dòng)源。
(4) 現場(chǎng)生產(chǎn)、操作、維修、調節時(shí)，嚴格把關(guān)，消除振動(dòng)源?！?br />
3.7 嚴格執行設計標準
齒輪泵KCB33.3的設計和機械密封產(chǎn)品的設計要執行相關(guān)的國內外標準，在產(chǎn)品的設計過(guò)程中，設計員應認真執行標準，深刻理解標準每一條內容的具體意義，將標準內容的要求執行到產(chǎn)品設計過(guò)程中。到目前為止，有很多設計員還沒(méi)有理解標準的實(shí)際含義，沒(méi)有嚴格地去執行新標準，而是盲目地照搬照套老圖紙和老設計員的經(jīng)驗。這種作法對提高我國產(chǎn)品技術(shù)水平和進(jìn)入國際市場(chǎng)是非常不利的。提高標準化認識，是目前機械行業(yè)設計員迫切需要解決的問(wèn)題?！ ?br />
4 結束語(yǔ)
在設計齒輪泵KCB33.3用機械密封時(shí)，不僅要考慮機械密封本身的影響因素，而且要考慮機械密封外部的各種影響因素。在實(shí)際工作中要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：
(1) 在齒輪泵KCB33.3的設計過(guò)程中要充分考慮到齒輪泵KCB33.3其它零部件以及現場(chǎng)其它設備對機械密封的使用效果的影響，為機械密封創(chuàng )造一個(gè)良好的外部條件?！ ?br />
(2) 增加對機械密封輔助系統的重要作用的認識，盡可能配備完善的機械密封輔助系統，以提高密封效果?！ ?br />
(3) 對重要齒輪泵KCB33.3的機械密封，要增加保護措施，提高密封質(zhì)量，減少密封質(zhì)量事故。
(4) 分析機械密封的質(zhì)量事故的原因時(shí)，要充分考慮到齒輪泵的其它零部件對機械密封運行的影響，采取措施不斷提高機械密封的效果。
