水泵密封的工作原理全麵解析,看完你也是高手!

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水泵密封是對於旋轉機械通用的軸密封類型。水泵密封主要用於氣體、液體等各類介質的密封,如泵類、反應釜等;同時也用於氣體密封,如壓縮機介質軸的密封。

水泵密封由於具有泄漏量低和不需日常維護的特點,己廣泛取代了壓蓋軟填料密封。

水泵密封一般有兩個垂直於回轉軸軸線的密封平麵,因此也可稱為“徑向端麵密封”。其中一個密封麵組件安裝在泵蓋、端蓋或泵體上保持靜止;另一個固定在軸上並隨之轉動。靜止的稱為靜環組件(在靜止式水泵密封中又稱為浮動環組件)、轉動的稱為動環(旋轉環)組件。為使泄漏量保持在極小的範圍內,一般情況下的常規水泵密封的旋轉環和靜止環端麵的研磨平麵度允差為0.0006。

為使兩個麵由於摩擦產生的熱量及磨損量保持在允許範圍內,在密封麵之間必須有一層流體潤滑膜。對於單端麵密封,通常是將密封介質作為潤滑劑,但對於有毒、有害、易燃、易爆、強腐蝕介質選用的雙端麵或串聯水泵密封,與介質能夠相溶的封液作為潤滑和冷卻液。

為了補償磨損及製造誤差,應有一個密封麵在彈性元件和介質壓力的雙重作用下,可以沿軸向有一定量的移動;同時為了適應由旋轉零件的角偏差引起的晃動,應有一個密封端麵可以在徑向作微小的浮動。通常由一個密封麵兼有這兩種功能。

對於回轉軸的密封,水泵密封是最為通用的密封類型。水泵密封通常用液體密封,如離心泵;也用於氣體密封,如壓縮機和攪拌裝置的密封。在本教材中,我們主要介紹相對於泵類的液體介質的泵用水泵密封。

水泵密封由於具有泄漏量低和不需日常維護的特點,己廣泛取代了填料密封。

水泵密封一般有兩個垂直於回轉軸的密封麵,因此也可稱為“徑向端麵密封”。其中一個密封麵安裝在固定的泵支架或泵體上而稱之為“靜環”:另一個安裝在轉動的軸上並同軸一同轉動而稱之為“動環”。為使介質的泄漏量保持在允許範圍內,這兩個相對運動的接觸麵必須保持很小的間隙,通常應小於0.001mm,同時也應有輔助係統對水泵密封的端麵進行冷卻和潤滑。

水泵密封-密封間隙水泵密封-密封間隙

 

為使兩個端麵摩擦產生的熱量及磨損量保持在允許範圍內,在密封麵間必須有一層由被密封介質形成的流體潤滑膜。從理論上講,水泵密封都有一定程度的泄漏,隻是泄漏比其他密封少得多,有些密封我們看不到泄漏,那是泄漏的液體在流出密封麵時己經汽化,我們看不到。總體上說,對於同一套水泵密封,其泄漏量和壽命是成反比的一對參數,泄漏量大些,其端麵液膜的厚度也大,其壽命較高。因此對於水泵密封的安裝,不要隻追求小的泄漏量,應從綜合因素考慮,如隻追求小的泄漏量,從而增加彈簧的壓縮,將導致水泵密封端麵嚴重磨損。從微觀看,二個密封麵並不是十分光潔的,而是存在表麵粗糙度導致的波峰和波穀(見圖1-1, 2),峰穀之間存在液膜,但峰穀之間並不連通,所以靜態時,一般不泄漏。

給水泵水泵密封動環密封麵顯微鏡照片圖1——2 給水泵水泵密封動環密封麵顯微鏡照片

 

為了補償磨損及製造誤差,應有一個密封麵可以沿軸向移動。同時為了適應由旋轉部件的角偏差引起的晃動,應有一端密封麵可以徑向浮動。通常,由同一密封麵兼有這兩個功能。浮動的一端既可以是靜環也可以是動環。但在回轉軸表麵線速度大於越15m/s時,將浮動端設置為靜環以避免離心力的影響。

實際上,水泵密封的密封麵的工作狀態同滑動推力軸承是相同的。但由於水泵密封具有要求運動間隙小、潤滑性能差、潤滑流量低等特點,導致其設計困難、運行可靠性低。下麵我們將水泵密封和推力軸承的工作參數做一比較:

機械密封與推力軸承參數對比表

圖1一一3是我們電站比較常見的水泵密封結構。其密封麵是由動和靜環平麵在相對轉動中的接觸麵。密封麵通過研磨加工成具有很高的平麵度,可以用光波長度進行度量(我國JB4127-85《水泵密封技術條件》規定,密封端麵的平麵度不大於0.9 um,但一般出廠要求達到0.6 um)。在旋轉式水泵密封中,動環可以沿軸線移動;在靜止式水泵密封中,靜環(也叫浮動環)可以在軸向上移動,這樣,在運行時密封液體的壓力和彈簧力使密封端麵保持接觸,液體壓力不足時彈簧仍然可以補償壓力。

m4水泵密封結構

 

密封壓緊力的大小應該綜合考慮泄漏和磨損兩種因素。在機械振動或壓力波動較大的情況下,必須有足夠的壓緊力,以保證密封麵的結合。輔助的靜密封通常用“0”型橡膠圈。

密封端麵間相互滑動所引起的摩擦會產生很大的熱量。中等型號和轉速的密封,發熱量在100-1000W之間。這些熱量是通過密封元件的傳導,最後傳給周圍的液體並被密封衝洗或冷卻係統帶走。麵泄漏的液體也會帶走很小一部分熱量。

密封端麵間的溫度必須安全地控製在密封介質的沸點以下,介質汽化會導致密封劇烈磨損,這一點非常重要!通常的布置是自泵的高壓端引出液體來衝洗水泵密封(後麵會詳細介紹),如果介質溫度太高,則需要布置輔助冷卻裝置。密封介質在冷卻係統內靠泵的進、出口壓差或依靠密封自身設計的泵送裝置產生的壓力進行循環,通過冷卻器被二次冷卻水帶走熱量。為防止介質中的顆粒雜誌磨損密封麵,在這個係統中通常還布置有過濾器或旋液分離器。

密封端麵的材料選擇有以下幾個要點:有良好的滑動特性(貼合相容性);耐介質的化學腐蝕性(化學相容性):對溫度及其他一些運行因素(如耐磨性、導熱性)的適應能力。

通常,密封環之一是碳一一石墨材料,而與之配對的另一個環則為金屬、合金、陶瓷或硬質合金材料。碳一一石墨綜合了滑動特性和化學相容性(耐腐蝕性)。當用作密封環時,碳一一石墨通常進行浸樹脂或金屬的工藝處理。

密封界麵的潤滑是依靠其自身調節的。根據結構和工作負荷的不同,它的潤滑可由一層將兩端麵分開的液膜提供或是通過端麵上粗糙度導致的波峰和波穀凹凸不平點接觸並兼有液膜實現的,隻有當滑動界麵得到有效潤滑時,才能獲得滿意的密封效果,否則水泵密封的端麵會很快磨損,從而導致壽命降低。

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