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离心泵:抽空是机械密封最大的敌人

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发表于 2018-6-8 20:29:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 Super Moder 于 2018-6-16 21:35 编辑


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据我国石油化工行业统计,80%以上的离心泵采用的密封方式为机械密封。由于工况条件的不同,离心泵在输送物料过程中,经常出现机械密封处物料的泄漏,给环境造成污染,并造成能源的浪费。
机械密封是离心泵的主要易损件之一,因而泵的故障多数是由密封失效所导致的。据统计,机械密封失效导致泵的故障占设备故障率的50%以上,所以有必要对离心泵的机械密封泄漏进行分析改进,以降低泵的故障率。
一、离心泵工作原理及机械密封装置的作用
离心泵通过电机、联轴器,使其叶轮高速旋转,在叶片之间的液体受到叶片的推动,在离心力的作用下,不断地从中心被甩向四周,当泵内液体从叶轮中心被抛向边缘时,中心处形成了低压区,由于进泵前的液体压强大于泵吸入口处的压强,在压强差的作用下,液体便经吸入管连续地吸入泵内,以补充被排出液体的位置,只要叶轮不停地旋转,液体便不断地吸入和排出。




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泵轴穿过泵壳时,动静之间有间隙存在时,泵内的液体就会从间隙漏至泵外,若吸入端是真空,则外界空气会漏入泵内,严重影响泵的工作,为了减少泄漏,一般在动静间隙处装有轴端密封装置。轴封装置是离心泵的重要部件,它直接关系到离心泵能否正常工作。现在轴封装置一般采用机械密封。
二、机械密封原理
机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置。

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机械密封通常由静环、动环、压紧元件和密封元件组成。动环和静环的端面组成一对摩擦副,动环靠密封室中液体的压力使其端面压紧在静环端面上,并在两环端面上产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达到密封的目的。

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压紧元件产生压力,可使泵在不运转状态下,也保持端面贴合,保证密封介质不外漏,并防止杂质进入密封端面。密封圈起密封动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙的作用,同时对泵的振动、冲击起缓冲作用。机械密封在实际运行中不是一个孤立的部件,它是与泵的其它零部件一起组合起来运行的。
三、机械密封的辅助设施—冲洗装置
冲洗装置是机械密封最主要的辅助设施,泵在运转过程中,密封腔中沉积或形成杂质,必须进行冲洗。否则会因结晶的析出、颗粒杂质的沉淀,使机械密封动、静环失去浮动性,弹簧失灵。更严重的是颗粒磨损、杂质进入摩擦副会加剧磨损,导致机械密封迅速失效。所以,一般情况下泵用机械密封均应进行冲洗。

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四、机械密封泄漏的原因分析
新安装(或更换)的机械密封投入运转时泄漏量应在允许范围内。如果密封本身的结构、制造质量、安装和使用等方面都无问题,其寿命要超过 8000h。实际工作中,不少密封的使用寿命远没有达到该值前就失效了,这是由于工艺条件、设备运行状况和操作存在一定的问题造成的。根据近几年来机械密封运行工况和失效后的拆检情况来看,其常见原因如下:
1、密封环热裂纹
机械密封拆开时可发现,硬环表面有过热回火色,石墨环表面有环状沟纹、橡胶圈老化等。
主要原因是:①由于介质温度过高泵体内形成汽蚀,汽蚀发生后,水力冲击带动密封做迅速的轴向振荡,使动静环及辅助密封圈等零件严重的磨损,使机械密封装置损坏。②润滑不良,密封环端面没有形成液体润滑膜或密封环端面间液膜汽化,形成干摩擦;③冷却系统散热不良;
2、离心泵的振动
由于制造和安装精度等原因,所有的离心泵都存在着振动。振动的原因主要为转子不平衡、机泵不同心、滚动轴承故障等。从轴承箱表面测到的最大振幅不能大于0.06mm,超过该值就要停泵处理。振动可分解为三个方向:垂直、水平和轴向,其中以轴向振动对密封的危害最大。当泵振动加剧时,动静环之间发生分离。瞬间的分离在液膜压力作用下致使密封面开启,出现大量泄漏,如果这时介质中固体颗粒含量超过5%时,由于振动引起端面分离,颗粒嵌入较软的石墨环端面,造成硬质环密封面的过度磨损。拆卸检查时可发现,在硬密封面上有清晰的摩擦痕迹,进入固体颗粒时有划痕。
3、弹性元件失弹
主要特征是拆卸检查弹性元件时,弹性元件弹力不足,有变形、自由高度明显减小。该情况发生概率比较小
主要原因是:①大部分用来制作弹簧和波纹管的材料在高温下长期工作均会出现弹力下降的缺陷,从而使密封端面的闭合力不足而导致密封端面泄漏严重。金属波纹管的高温失弹即是该类机械密封的一种普遍而典型的失效形式;②弹簧在高温下长期工作发生蠕变、疲劳失效等;③弹簧在高温下长期工作腐蚀失效。
五、结尾语
离心泵在低于最小流量值得状态下工作时,流体在泵内产生严重的回流等现象,导致产生温升和振动。
抽空现象是当离心泵发生故障的众多原因之一,当其发生时会伴随以下状况:
①、电机电流下降
②、压力大幅波动
③、流量异常波动
④、发出杂音异声
⑤、泵体发生振动
⑥、泵缸温度升高
为什么说抽空是机械密封最大的敌人?


在泵抽空以后,或者在抽空发生的过程中
1)泵体振动大,机械密封的动、静环会不断发生间歇性碰撞,导致泄漏发生,严重时机械密封结构失效;
2)机械密封的动静环的压紧是介质压力和弹簧的预紧力之和(开头已提到),当抽空后,介质压力就会没有,动静环的接触压力就会变小,密封失效;
3)泵抽空后,采用自冲洗方案(即利用泵送介质冲洗)的机械密封动静环端面失去了冷却和润滑,发生干摩,机械密封失效,参见本文密封环热裂纹小节。


产生抽空现象原因及对应措施:  
    ①、原因:离心泵入口处发生漏气
           措施:应停泵检查离心泵的泄漏入口管线及法兰;
    ②、原因:离心泵入口处发生堵塞
           措施:应停泵检查离心泵的泄漏入口管线、过滤网及叶轮,进行吹扫后进行检修;
    ③、原因:离心泵入口处压力不够
           措施:则应提高入口液面背压;
    ④、原因:离心泵入口处介质温度过高饱和蒸汽过大
           措施:应降低介质温度,将离心泵内蒸汽放空排净;
    ⑤、原因:离心泵入口阀未开或是阀芯脱落
           措施:应打开阀门或换泵后进行检修;
    ⑥、原因:离心泵出口开度太大(小)
           措施:应进行适当调整各阀开度;
    ⑦、原因:离心泵封油带水
           措施:应对封油罐进行脱水处理
    ⑧、原因:离心泵塔或容器内液面液位低或者无液位;
           措施:应暂时关小离心泵出口阀门或进行停泵处理,待液面上升后恢复;
    ⑨、原因:离心泵叶轮或是內磨环磨损严重。
           措施:应适时进行更换
    ⑩、原因:离心泵电机反转
           措施:应及时调整转向。
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