离心泵与机械密封相关原理

机械密封技术与离心泵工作原理烧碱车间设备组讲解人：沈重抛三人行，必有我师离心泵工作原理液体甩出，叶轮中心形成低压驱动机带动叶轮高速旋转叶轮带动液体高速旋转产生离心力液体获得能量（压力能、速度能增加）吸入罐与泵之间产生压差吸入液体，实现连续工作输送液体离心泵工作动画演示叶轮叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图所示。C为开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；B为半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；A为闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。一次盐水P-1410B泥浆泵叶轮装置传动轴贯穿在设备内外，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质通过该间隙向外泄漏。密封流体泵体环境泄漏轴泵的泄漏与密封设置一种防止泵轴与壳体处泄漏的密封装置——轴封，机械密封是轴封的一种。密封流体泄漏环境泵体机械密封环境轴密封流体机械密封基本结构型式1-静环，2-动环，3-压盖，4-弹簧座，5-弹簧，6-定位环，7-轴套，8～9-密封O形圈7轴套6定位环5弹簧4弹簧座3压盖2动环1静环8动环密封圈9静环密封圈典型结构密封压盖轴套弹簧盒弹簧动环密封圈动环静环静环密封圈泵的基本结构油封轴轴承压盖泵座地脚螺栓密封腔体泵体叶轮叶轮螺母机械密封压盖轴承箱填料（机械密封）轴承最初的轴封—盘根优点：价格低廉安装方便缺点：泄漏量大（每分钟约7滴)轴磨损严重轴功率损耗大经常需要调整使用寿命短盘根的系列盘根系列：碳素盘根、四氟盘根、石墨盘根、高水基盘根、芳纶盘根、聚四氟乙烯割裂丝盘根、聚四氟乙烯盘根、膨体四氟盘根、石棉盘根、碳纤维盘根、牛油棉纱盘根、油浸棉纱盘根、油麻盘根、帆布卷盘根、陶瓷纤维盘根、尼龙盘根、复合纤维盘根、陶瓷盘根、等系列产品1、端面密封副（静、动环）——端面密封副（摩擦副）的作用是使密封面紧密贴合，防止介质泄漏。它要求静、动环具有良好的耐磨性，动环可以轴向灵活地移动，自动补偿密封面磨损，使之与静环良好地贴合；静环具有浮动性，起缓冲作用。为此密封面要求有良好的加工质量，保证密封副有良好的贴合性能。机械密封零部件构成及特点2、弹性元件（弹簧、波纹管、）——它主要起预紧、补偿和缓冲的作用，要求始终保持足够的弹性来克服辅助密封和传动件的摩擦以及动环等的惯性，保证端面密封副良好的贴合和动环的追随性，材料要求耐腐蚀、耐疲劳。3、辅助密封（O形圈、V形圈、U形圈、楔形圈和异形圈）它主要起静环和动环的密封作用，同时也起到浮动和缓冲作用。要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封性和静环有一定的浮动性，动环的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动环的浮动性。材料要求耐热、耐寒、耐老化、耐腐蚀并能与介质相容等性能。4、传动件（传动销、传动环、传动座、传动键、传动突耳或牙嵌式联结器）它起到将轴的转矩传给动环的作用。材料要求耐磨和耐腐蚀。轴套，键槽5、紧固件（紧定螺钉、弹簧座、压盖、组装套、轴套）它起到静、动环的定位、紧固的作用。要求轴向定位正确，保证一定的弹簧压缩量，使密封副的密封面处于正确的位置并保持良好的贴合。同时要求拆装方便、容易就位、能重复利用。密封环是动环和静环的总称，是构成机械密封最主要的元件。密封环在很大程度上决定了机械密封的使用性能和寿命，因此，对它提出了一些要求。有足够的强度和刚度在工作条件下(如压力、温度和滑动速度等)不损坏，变形应尽量的小，工作条件波动时仍能保持密封性。尤其是密封端面要有足够的强度以及一定的耐腐蚀能力，以保证产品有满意的使用寿命。有良好的耐热冲击能力　为此，要求材料有较高的导热系数和较小的线膨胀系数，承受热冲击时不至于开裂。较小的摩擦系数　　密封环匹配应有较小的摩擦系数。良好的自润滑性　　工作中如发生短时间的干摩擦，不损伤密封端面。因此，密封环要有良好的自润滑性，密封环材料与密封流体还要有很好的浸润性。结构简单　　密封环结构应力求简单对称，优先考虑用整体型结构，也可采用组合式(如镶装式)密封环，尽量避免用密封端面喷涂式结构。密封环要容易加工制造　　安装和维修要方便，价格要低廉对密封环的要求密封端面的平面度要求平面度是密封环很重要的质量指标，要求在0.0009mm以内，需要使用光干涉法进行测量，一般用钠光灯检测，一条干涉条纹为0.3um，也叫一条光带。密封环平面度要求在三条光带内，才能保证不泄漏。一条光带三条光带两条光带摩擦副匹配考虑因素摩擦副一般都选择一软一硬配对，硬环的端面宽度要比软环宽。软环一般选用碳石墨材料，也有选用填充四氟，硬质环有WC、SiC、Al2O3等。在特殊情况下，如介质中含有固体颗粒，有结晶析出或高粘度流体中，要选用硬对硬配对。常用摩擦副材料常用辅助密封圈材料机械密封用辅助密封圈包括动、静环密封圈，如O形圈、波纹管、L型密封圈等。常用的有丁晴橡胶、氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯、四氟包胶O形圈。O形圈波纹管L型密封圈机械密封定义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。密封原理机械密封主要是将较易泄漏的轴向密封改为不易泄漏的端面密封。当轴转动时，带动了弹簧座、弹簧压板、动环等零件一起转动，由于弹簧力的作用使动环紧紧压在静环上。轴旋转时，动环与轴一起旋转，而静环则固定在座架上静止不动，这样动环与静环相接触的环形密封面阻止了介质的泄漏。平衡型机械密封受力图P介质端端面面积介质压力作用面积大气端动环静环压盖机械密封成功的关键“形成并保持一种稳定的液膜”什么是液膜?单端面密封工艺介质冷却液双端面密封缓冲液（低压）隔离液（高压）端面干接触/“干磨”过度磨损产生大量摩擦热固体颗粒损坏端面如没有液膜形成会发生什么?提供润滑防止固体颗粒损坏端面液膜能帮助我们做什么?防止端面直接接触减少摩擦热的生成工艺流体汽化/腐蚀率增加液膜的状态发生改变/固体颗粒沉积摩擦热带来的后果减少或无法形成液膜机械密封一般有四个密封处：A、动环与静环之间的密封——动密封B、动环与轴或轴套之间的密封——相对静密封C、静环与静环座之间的密封——静密封D、静环座（压盖）与设备之间的密封——静密封ABCD机械密封的泄漏通道点轴套密封垫静环密封圈动环密封圈端面摩擦副压盖密封圈油封轴轴承压盖泵座地脚螺栓密封腔体泵体叶轮机械密封压盖轴承箱填料（机械密封）轴承离心泵密封点的泄漏通道点为什么要使用机械密封1、密封性能好只要主密封面的面粗糙度和平直度能保证达到要求，只要材料耐磨性好，机械密封可以达到很少泄漏量，甚至肉眼不可见泄漏。据统计表明，机械密封的泄漏仅为填料的1/10.2、寿命长在机械密封中，主要磨损部分是密封摩擦副端面，因为密封端面的磨损量在正常工作条件下不大，一般可以连续使用1～2年，个别场合下也有用到5～10年。3、运转中无需调整由于机械密封靠弹簧力和流体压力使摩擦副贴合，在运转中自动保持接触，装配后就不用像普通软填料那样需调整压紧。4、耐振性优于填料密封5、机械密封的摩擦功率小填料密封是靠盘根的压紧在轴上或轴套上起作用的。填料密封与轴直接摩擦，填料压的越紧摩擦力就越大、消耗功率也就越大。而机械密封的摩擦是处于半液摩擦状态，摩擦系数非常的小，机械密封的功率损失是填料密封的10～50％6、轴或轴套不受磨损（指波纹管密封）对旋转轴的振摆和轴对壳体的偏斜不敏感。7、适用范围广：对输送易燃、易爆、有毒有害危害人身健康的采用机械密封可保证密封。它还适用于高温、低温、高压、真空各种转速的及腐蚀介质的设备密封。机械密封缺点结构比填料密封复杂，加工精度要求高，成本高，并要求一定的安装技术等，特别是干气密封的安装要求更高。而且密封技术发展的很快，新技术不断出现给我们维修带来了新的课题。机械密封分类单端面和双端面内装式和外装式平衡型与非平衡型弹簧内置式与弹簧外置式弹簧式和波纹管式普通两部件式和集装式多（小）弹簧型和单（大）弹簧型一、密封环端面发热机械密封的摩擦副就是动环和静环，其端面贴紧且一个静止，一个旋转，它们之间存在相对运动，所以会产生摩擦和磨损，同时会伴有热量的产生。冷却、冲洗MatingRing配合环PrimaryRing补偿环HeatGeneration生热Rubbing摩擦ViscousShear粘性剪切力HeatTransfer热传递Conduction传导Convection对流二、冷却、冲洗及系统如果密封环材料的导热性差，介质温度又高，或PV值比较高的情况下，端面间的大量热量不能及时导出，必然引起端面温度急剧上升。其结果可能造成端面间液膜汽化，恶化润滑条件，甚至完全处于干摩擦状态，这不仅使磨损加剧，还会导致密封环的热裂、变形等等。因此只是依靠选择耐高温、导热性好的密封环材料或仅从结构上考虑，都很难达到预期的效果。合理的方法就是强化冷却，使端面摩擦热及时导出。Injection注入Flushing冷冲洗RemovesHeat带走热量ReplenishesCoolCleanLubricatingLiquid补充润滑液密封冲洗的作用及时冲走密封腔内的杂质和结焦，保持密封腔的洁净冲洗油有密封润滑摩擦副的作用防止油品因高温而结焦，堵塞波纹管内径，影响其伸缩而造成的密封失效密封冲洗液温度较低，能及时带走摩擦热，防止动静环以及波纹管或弹簧结焦1、端面直接冷却将密封介质从系统中高于密封腔压力处引出，通过接管引入密封腔，对于密封介质的温度高或含固体粒子的场合，可在管路上设置冷却器或过滤器，使进入密封腔内的介质净化并降低温度。(1)闭路自冲洗1、端面直接冷却将密封腔内的介质引入主机低压侧，使介质通过密封腔进行自循环而带走摩擦热，这种方法适用于密封腔压力与主机工作压力比较接近的场合。(2)反向自冲洗1、端面直接冷却将介质从高压侧引出，流经密封腔进行冲洗后流回主机吸入侧，这种冲洗冷却效果优于前两种。(3)贯通自冲洗1、端面直接冷却利用其它压力源将冲洗冷却液注入密封腔内。冲洗液应为低温、清洁液体，并且少量内漏与密封介质相混在工艺上必须是允许的，冲洗液压力应比密封介质压力大0.05~0.1Mpa。对于高温或含固体颗粒的介质，效果较好。(4)内冲洗1、端面直接冷却在密封腔内的一段轴上装上小型动力元件，使密封腔内介质进行局部循环，或在旋转环外周开槽同样能直到泵送作用。(5)局部循环冲洗2、静环背部冷却从静止环背部将清水、油等冷却液直接引入密封环内表面的一种冷却方法，又称为急冷法、外冲洗法。冷却效果好，但冷却水硬度高时产生的无机物水垢在轴上沉积，会影响动环密封圈的浮动性，可能会引起密封失效。3、间接冷却冷却液不直接与密封面接触，其效果没有直接冷却效果好，但对冷却液要求不高。常用静环外周冷却、夹套冷却、轴套冷却、蛇管冷却机械密封常见故障举例送浆泵泵壳物料磨损，气蚀造成盐水结晶后，引起机封表面磨损机械密封端面热裂纹P-2A泵机械密封端面温度过高断裂P-2A泵机械密封端面温度过高密封圈烧毁P-2A泵机封烧毁，泄露后，水进入油箱，造成油品乳化机械密封端面磨损波纹管断裂P-2274A循环碱泵机封碎裂P-2274A循环碱泵机封碎裂机械密封结垢感谢大家再见！