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离心泵机械密封结构和工作原理

2020-07-31 11:01:07

离心泵机械端面密封是一种应用广泛的旋转轴动密封,简称机械密封,又称端面密封。近几十年来,机械密封技术有了很大的发展,在石油、化工、轻工、冶金、机械、航空和原子能等工业中获得了广泛的应用。.据我国当代石化行业统计,80%~9 0%的离心采用机械密封。工业发达国家里,在旋转机械的密封装置中,机械密封的用量占全部密封使用量的90%以上。特别是近年来机械密封发展很快,已成为流体密封技术中极其重要的动密封形式。

  机械密封的基本结构与密封原理

  机械密封按国家有关标准定义为: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。

  离心泵机械密封一般主要由四大部分组成:①由静止环(静环)和旋转环(动环)组成的一对密封端面,该密封端面有时也称为摩擦副;是机械密封的核心;②以弹性元件(或磁性元件)为主的补偿缓冲机构;③辅助密封机构;④使动环和轴一起旋转的传动机构。

  机械密封的结构多种多样,最常见的结构如图5—2 7所示。机械密封安装在旋转轴上,密封腔内有紧定螺钉1、弹簧座2、弹簧3、动环辅助密封圈4、动环5,它们随轴一起旋转。机械密封的其他零件,包括静环6、静环辅助密封圈7和防转销8安装在端盖内,端盖与密封腔体用螺栓连接。轴通过紧定螺钉、弹簧座、弹簧带动动环旋转,而静环由于防转销的作用而静止于端盖内。动环在弹簧力和介质压力的作用下,与静环的端面紧密贴合,并发生相对滑动,阻止了介质沿端面间的径向泄漏(泄漏点1),构成了机械密封的主密封。摩擦副磨损后在弹簧和密封流体压力的推动下实现补偿,始终保持两密封端面的紧密接触。动、静环中具有轴向补偿能力的称为补偿环,不具有轴向补偿能力的称为非补偿环。图5~2 7中动环为补偿环,静环为非补偿环。动环辅助密封圈阻止了介质可能沿动环与轴之间间隙的泄漏(泄漏点2);而静环辅助密封圈阻止了介质可能沿静环与端盖之间间隙的泄漏(泄漏点3)。工作时,辅助密封圈无明显相对运动,基本上属于静密封。端盖与密封腔体连接处的泄漏点4为静密封,常用O形圈或垫片来密封。

  从结构上看,离心泵机械密封主要是将极易泄漏的轴向密封,改变为不易泄漏的端面密封。由动环端面与静环端面相互贴合而构成的动密封,是决定机械密封性能和寿命的关键。

  机械密封与其他形式的密封相比,具有以下特点。

  ①密封性好。在长期运转中密封状态很稳定,泄漏量很小,据统计约为软填料密封泄漏量的1%以下。

  ②使用寿命长。机械密封端面由自润滑性及耐磨性较好的材料组成多还具有磨损补偿机构。因此,密封端面的磨损量在正常工作条件下很小,一般的可连续使用1~2年,特殊的可用到5~1 0年以上。

  ③运转中不用调整。由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合,在运转中即使摩擦副磨损后,密封端面也始终自动地保持贴合。因此,正确安装后,就不需要经常调整,使用方便,适合连续化、自动化生产。

  ④功率损耗小。由于机械密封的端面接触面积小,摩擦功率损耗小,一般仅为填料密封的20%~30%。

  1-紧定螺钉;2-弹簧座;3-弹簧;4-动环辅助密封圈;5-动环;6-静环;7-静环辅助密封圈;8-防转销

  ⑤轴或轴套表面不易磨损。由于机械密封与轴或轴套的接触部位几乎没有相对运动,因此对轴或轴套的磨损较小。

  ⑥耐振性强。机械密封由于具有缓冲功能,因此当设备或转轴在一定范围内振动时,仍能保持良好的密封性能。

  ⑦密封参数高,适用范围广。当合理选择摩擦副材料及结构,加之设置适当的冲洗、冷却等辅助系统的情况下,机械密封可广泛适用于各种工况,尤其在高温、低温、强腐蚀、高速等恶劣工况下,更显示出其优越性。目前机械密封技术参数可达到如下水平:轴径5~100 0 mm,使用压力10-6~42 MPa,使用温度-200~1000℃,机器转速可达50000 r/min,密封流体压力P与密封端面平均线速度秒的乘积pv值可达1000 MPa.m/s。

  ⑧热水离心泵结构复杂、拆装不便。与其他密封比较,机械密封的零件数目多,要求精密,结构复杂。特别是在装配方面较困难,拆装时要从轴端抽出密封环,必须把机器部分(联轴器)或全部拆卸,要求工人有一定的技术水平。这一问题目前已作了某些改进,例如采用拆装方便并可保证装配质量的剖分式和集装式机械密封等。