含雜質(zhì)有顆粒泵用機(jī)械密封的選用
時(shí)間：2013/9/27 來(lái)源：浙江揚(yáng)子江泵業(yè)有限公司
隨著工業(yè)的發(fā)展，用泵輸送含雜質(zhì)的介質(zhì)日益增多。傳統(tǒng)上這類泵習(xí)慣用填料密封。近幾年來(lái)，由于其泄漏量大，導(dǎo)致能耗與維修費(fèi)不斷升高，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，因而采用機(jī)械密封的趨勢(shì)增強(qiáng)。顯然，這是因?yàn)榻?jīng)特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械密封可以滿足泄漏量小、能耗低、壽命長(zhǎng)，以及合適的價(jià)格等要求。
一、分類
雜質(zhì)介質(zhì)可以大致分類如下：
1. 按物理性質(zhì)分類
(1) 溶解性顆粒介質(zhì)，如各種鹽溶液、熔融尿素、糖溶液、染色體、藥液等。這類介質(zhì)會(huì)因溫度變化而析出結(jié)晶或生成凝固物。
(2) 非溶解性顆粒介質(zhì)，如礦渣液、含砂石的水、煤漿、鉆井漿等。
(3) 纖維漿料介質(zhì)，如糞便、紙漿液、纖維漿液等。其纖維質(zhì)量輕，在液體中多呈懸浮狀態(tài)。
2. 按流變學(xué)分類
(1) 賓厄姆流體如油漆、瀝青、粘土泥等。
(2) 假塑膠流體如高分子物的溶液及熔融液、淀粉漿、纖維酯、玻璃溶液等。
(3) 膨脹流體如淀粉加水、云母加水的物質(zhì)，適當(dāng)比例的泥砂和水的混合物等。
二、機(jī)械密封設(shè)計(jì)要點(diǎn)
對(duì)含雜質(zhì)介質(zhì)，選用普通單端面機(jī)械密封會(huì)出現(xiàn)下列問(wèn)題：
(1) 摩擦副端面早期磨損。
(2) 造成滑動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)堵塞，不能作軸向位移。
(3) 堵塞加載機(jī)構(gòu)，使彈性元件失效。
(4) 造成旋轉(zhuǎn)組件的磨損。
為解決上述問(wèn)題，需要詳細(xì)了解被密封介質(zhì)的特性和操作條件，并進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)上確保其結(jié)構(gòu)、材料或密封系統(tǒng)都能符合要求。
1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用防止雜質(zhì)顆粒堵塞的結(jié)構(gòu)，如外裝式機(jī)械密封;采用內(nèi)裝密封時(shí)，應(yīng)將彈簧與介質(zhì)隔離。
一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮采用單端面機(jī)械密封，因?yàn)樗M(fèi)用低，占用空間位置小。但在以下場(chǎng)合必須采用雙端面機(jī)械密封：
(1) 固體含量超過(guò)10wt%.
(2) 高度濃縮的介質(zhì)。
(3) 有危險(xiǎn)性及有毒介質(zhì)
(4) 為避免在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中使用昂貴的材料等。
2. 摩擦副材料當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和循環(huán)系統(tǒng)不能完全提供對(duì)密封的保護(hù)時(shí)，所選用的摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通常選用抗磨粒磨損性能好的材料組隊(duì)，如硬質(zhì)合金對(duì)硬質(zhì)合金，碳化硅對(duì)硬質(zhì)合金，碳化硼對(duì)硬質(zhì)合金。采用雙端面機(jī)械密封時(shí)，大氣側(cè)的端面材料可與普通機(jī)械密封所用材料相同。
3. 密封系統(tǒng)采用單端面機(jī)械密封時(shí)，為了避免顆粒雜質(zhì)的危害，須根據(jù)不同情況分別采取沖洗、過(guò)濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。
采用雙端面機(jī)械密封時(shí)，要求封液在密封腔內(nèi)建立壓力，進(jìn)行封堵、潤(rùn)滑和冷卻循環(huán)。
三、 各類雜質(zhì)介質(zhì)用典型機(jī)械密封裝置
以下從結(jié)構(gòu)、摩擦副和密封系統(tǒng)三方面對(duì)國(guó)內(nèi)外典型機(jī)械密封裝置進(jìn)行介紹與分析。
1.渣漿泵和泥漿泵用密封在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，渣漿泵和泥漿泵的使用條件都非�？量�。密封裝置所遇到的突出問(wèn)題是磨損與堵塞以及腐蝕問(wèn)題。介質(zhì)中固體顆粒越硬，棱角越尖，顆粒越細(xì)，溫度或壓力越高，其危害性也越大。密封的可靠性與壽命取決于工況環(huán)境，而環(huán)境是可以通過(guò)密封系統(tǒng)技術(shù)加以改變的，因此，應(yīng)因地制宜改善密封運(yùn)行條件。其措施包括固體物的隔離、分離，溫度調(diào)節(jié)以及采用清潔的沖洗液注入密封界面。以下用實(shí)例加以說(shuō)明。
(1)單端面密封一般簡(jiǎn)單的單端面密封裝置都有清潔的沖洗液體作用在密封的界面上。沖洗液的可靠性和質(zhì)量是密封成敗的關(guān)鍵。若從外部注入清潔沖洗液，密封的工作環(huán)境可得到改善，但必須損耗沖洗液，而且，其先決條件是所輸送的液體允許被沖洗液微量稀釋。
圖5-12和圖5-13為兩種結(jié)構(gòu)基本近似的隔離、沖洗系統(tǒng)。從圖5-12中可以看出，在正常操作條件下，當(dāng)沖洗液進(jìn)入密封腔時(shí)，橡膠、金屬擋板阻擋沖洗液進(jìn)入工藝介質(zhì)中。
圖5-13采用了唇形密封和一個(gè)橡膠節(jié)流套。采用這兩種措施后，密封腔內(nèi)均不受漿料的侵襲�？刂茮_洗液的流量十分重要。泵送液不允許過(guò)量稀釋，因?yàn)闈{料趨于采用低轉(zhuǎn)速，通常沖洗液流量不超過(guò)2L/min便可滿足密封的需要。圖中的流量計(jì)是用來(lái)顯示在沒(méi)有過(guò)量泄漏情況下流入密封腔的實(shí)際流量，以免過(guò)大的消耗沖洗液。
如果偶然發(fā)生沖洗液不足或中斷的現(xiàn)象，單向閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。圖5-12中所示摩擦環(huán)便承載介質(zhì)端流體的負(fù)荷，從而切斷了被密封介質(zhì)進(jìn)入密封腔，因此可為密封提供保護(hù)。
圖5-13所示密封裝置的工作方式與上述類似。在正常的工作條件下，T形的唇形密封被壓向機(jī)械密封的一側(cè)，當(dāng)內(nèi)唇口(與噴涂陶瓷軸套)產(chǎn)生磨損后，則唇形圈的端部貼向軸套臺(tái)肩端面，其作用猶如止逆閥一樣。
上述兩實(shí)例中，沖洗液被存于密封腔中，以阻止介質(zhì)進(jìn)入腔內(nèi)。如果系統(tǒng)中安裝有壓力開關(guān)與報(bào)警器(聲或光報(bào)警器)，一旦密封腔內(nèi)沖洗液壓力下降，或輸送的顆粒介質(zhì)進(jìn)入封腔時(shí)，可迅速停滯運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械密封將不會(huì)受到損壞。
沖洗液一般是用水，但也可以根據(jù)不同的需要，進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。對(duì)于高濃度的礦物渣漿液來(lái)說(shuō)，理想的沖洗液當(dāng)然是潔凈的水。當(dāng)不可能獲得清潔液時(shí)，可用旋液分離器將泵送的流體通過(guò)離心分離處理，如圖5-14所示。泵的出口和旋液分離器間有聯(lián)接管線，清潔液管線從分離器的頂部連接密封腔，污液管從分離器的底部連接泵的吸入口回到泵內(nèi)。旋液分離器的捕集性能很好，對(duì)3μm的粒子，85%可被捕集;對(duì)20μm的粒子，幾何100%被捕集，而不存在堵塞的危險(xiǎn)。
圖5-15所示密封裝置是專為“揚(yáng)子江”提水灌溉工程用TGB1400-32/2490貫流泵潛水電機(jī)(潛水深度5.4～8.4m)專門設(shè)計(jì)的。它安裝在電機(jī)軸承和葉輪中間軸上，以防止長(zhǎng)江水進(jìn)入電機(jī)軸承，保證貫流泵的正常運(yùn)行。其技術(shù)數(shù)據(jù)為：
葉輪直徑：φ2.3m
軸徑：φ371㎜
轉(zhuǎn)速：187.5r/min
揚(yáng)程：5.5m
流量：21m3/s
介質(zhì)：長(zhǎng)江水(含泥沙)
壓力：85KPa
壽命：一年(按每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12h計(jì)算，累計(jì)時(shí)間為4000h)
該密封裝置由機(jī)械密封和停機(jī)密封以及循環(huán)控制系統(tǒng)所組成。
機(jī)械密封為一徑向雙端面機(jī)械密封。摩擦副由硬質(zhì)合金作非補(bǔ)償環(huán)與加固橡膠(533橡膠)補(bǔ)償環(huán)組隊(duì);封液通過(guò)非補(bǔ)償環(huán)上的孔進(jìn)入旋轉(zhuǎn)環(huán)的環(huán)形溝槽而形成密封腔;加載機(jī)構(gòu)由彈簧和橡膠波紋管共同組成。
事故停車密封為一橡膠氣胎密封，當(dāng)機(jī)械密封失效泄漏則被自動(dòng)充氣，將停止轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸抱住，這樣就能防止江水漏入電機(jī)。從而避免電機(jī)損壞。
封液循環(huán)的氣源控制系統(tǒng)流程如圖5-16所示，控制程序見(jiàn)框圖5-17.封液壓力為0.15MPa,停車密封壓力<0.2MPa，當(dāng)氣胎內(nèi)壓達(dá)到0.25MPa時(shí)，便自動(dòng)停止充氣。
5-18所示為法國(guó)AlnminumPechiney工廠試驗(yàn)部針對(duì)鋁土礦、氫氧化鋁懸浮液設(shè)計(jì)的GPA型機(jī)械密封。它廣泛用于制鋁業(yè)、粉末冶金業(yè)及污水工程、采礦等領(lǐng)域。
GPA密封的主要特點(diǎn)是不需要沖洗。輔助密封圈由合成橡膠或聚四氟乙烯包覆金屬膜片構(gòu)成，能補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)環(huán)的磨損和調(diào)節(jié)與軸的垂直度偏差。彈簧比壓可以由軸套尾部的緊固螺母通過(guò)螺紋任意調(diào)節(jié)。密封腔流道很寬，與介質(zhì)接觸的密封元件無(wú)狹小間隙，不會(huì)產(chǎn)生阻塞故障。摩擦環(huán)采用硬質(zhì)合金組隊(duì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。
圖5-19所示為荷蘭IHC(荷蘭礦物技術(shù)學(xué)會(huì))研究開發(fā)的吸揚(yáng)式挖泥船高壓夾壁泥漿泵用密封。
吸揚(yáng)式挖泥船挖掘大深度為26m.夾壁泥漿漿液的壓力可高達(dá)2.5MPa。泵送介質(zhì)是帶沙石泥漿水，具有腐蝕性。在如此苛刻條件下工作的機(jī)械密封仍具有較高的線速度(軸徑為240㎜)
該密封裝置由旋轉(zhuǎn)式、平衡型機(jī)械密封和唇形密封構(gòu)成。設(shè)有沖洗潤(rùn)滑系統(tǒng)及陰極防腐蝕裝置。唇形密封用以隔離沖洗流體與被密封介質(zhì)。該機(jī)械密封的載荷系數(shù)為0.7，沖洗流量為3m3/h。
(2)雙端面密封
雙端面密封可靠性高，雖然首次安裝費(fèi)用較高，但可從使用壽命長(zhǎng)中得到補(bǔ)償。
采用兩套單端面密封相背布置，如圖5-20所示。在兩組密封之間形成密封腔，腔內(nèi)注入流體，流體的壓力應(yīng)比被密封介質(zhì)的壓力高0.1MPa以上。圖中的封液循環(huán)是利用熱虹吸現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱虹吸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，廣泛用于雙端面機(jī)械密封。熱虹吸容器必須按壓力容器規(guī)范制造與檢驗(yàn)。該容器用作封液的儲(chǔ)存并進(jìn)行冷卻，以及利用氣體對(duì)封液加壓。有帶冷卻盤管和不帶冷卻盤管兩種設(shè)計(jì)。
圖5-21所示的串聯(lián)機(jī)械由兩套同向不致的單端面密封組成。隔離流體的壓力一般不高于介質(zhì)壓力，這樣即可使介質(zhì)側(cè)的第一道密封形成合理的壓差，又可使大氣側(cè)的第二道密封的負(fù)荷降低。若采用較高的壓力，勢(shì)必使位于介質(zhì)側(cè)的密封受一推開力，顆粒有可能趁機(jī)進(jìn)入隔離流體，同時(shí)又使大氣側(cè)第二道密封的壓力載荷上升。因此，在串聯(lián)式雙端面密封中，隔離流體壓力高于被密封的介質(zhì)壓力是有害無(wú)益的。介質(zhì)壓力大于隔離流體壓力可使密封面緊貼，防止密封介質(zhì)入侵。由圖可見(jiàn)，當(dāng)?shù)谝惶酌芊馐r(shí)，位于大氣側(cè)的密封還能維持一定時(shí)間的密封作用，直到機(jī)泵安全停車。
大多數(shù)雙端面密封組隊(duì)材料的選擇易標(biāo)準(zhǔn)化。在實(shí)際使用中，位于介質(zhì)端的摩擦副使用硬質(zhì)合金組隊(duì)，或碳化硅組隊(duì);位于大氣端的選用碳石墨與鎳鎘鋼組隊(duì)。
3. 造紙廠泵用密封抽送紙漿的泵有柱塞泵、離心泵和轉(zhuǎn)子泵等。多年來(lái)，離心泵已取代了大多數(shù)柱塞泵。柱塞泵僅在小排量、高壓下使用。
過(guò)去，在紙漿和造紙生產(chǎn)中，都是采用傳統(tǒng)的填料密封來(lái)限制或盡量減少泵的泄漏。使用填料密封較方便，但是泄漏量大，運(yùn)行費(fèi)用高，其中包括密封成本、水費(fèi)、維修費(fèi)、熱損失費(fèi)、冷凝水損失費(fèi)，電費(fèi)等。后五項(xiàng)費(fèi)用是填料密封不經(jīng)濟(jì)的主要原因。目前，機(jī)械密封已被許多造紙廠家所接受，越來(lái)越多地用以替換原有的填料密封。實(shí)踐證明其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。但造紙工業(yè)應(yīng)用機(jī)械密封的進(jìn)展仍較慢，其主要原因是造紙工藝的條件惡劣，所涉及的磨蝕介質(zhì)有泥漿、白水、黑液、腐蝕劑和紙漿料等。機(jī)械密封用于上述場(chǎng)合并非一切都很理想，必須對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)或正確的選用才能達(dá)到預(yù)期效果。
以下對(duì)裝備有完整漂白設(shè)備的造紙廠用機(jī)械密封加以敘述。
(1)紙漿泵密封稀濃度紙漿泵(濃度在0.15%以下)可采用圖5-22所示的密封裝置，該密封的主要特點(diǎn)是：
1)橡膠波紋管式機(jī)械密封對(duì)纖維的積聚不敏感;密封面磨損后可通過(guò)流體壓力和彈簧載荷作用于波紋管的位移來(lái)補(bǔ)償;與軸無(wú)摩擦接觸，是一個(gè)自由的撓性元件。
2)采用單個(gè)大彈簧，旋轉(zhuǎn)時(shí)能產(chǎn)生附加渦流，不易被阻塞。
3)大氣端采用兩個(gè)柔性石墨填料密封圈來(lái)阻止隔離冷卻沖洗水向大氣端泄漏。
4)葉輪背后附近的密封腔是敞開的，因而密封件可以靈活的拆卸。
中等濃度的紙漿泵可采用圖5-23所示的雙端面機(jī)械密封。封液在雙端面之間進(jìn)行循環(huán)、冷卻。內(nèi)側(cè)密封可看成是一套外裝單端面密封，它阻止泵送介質(zhì)向密封腔泄漏。外側(cè)密封可看成是一套內(nèi)裝單端面密封，它阻止封液向大氣側(cè)泄漏。封液有較高的壓力是為內(nèi)側(cè)密封界面上提供潔凈液膜所必須的。這類密封還可有效地運(yùn)用于污水、硫酸鹽和白液泵中。高濃度紙漿泵可采用圖5-24所示的組合密封裝置。該密封裝置在密封腔喉部設(shè)置一個(gè)聚四氟乙烯唇形密封。大氣端裝以內(nèi)裝式機(jī)械密封。唇形密封用意阻止纖維、雜質(zhì)進(jìn)入密封腔。腔內(nèi)的冷卻沖洗液為低壓低流速的水。
(2)黑液泵密封在硫酸鹽化學(xué)紙漿工藝中所用的大量化學(xué)藥品需要回收重復(fù)使用。所謂黑液是從褐色原料洗滌器內(nèi)的漿液分離出來(lái)的廢硫酸鹽煮液。淡的黑液中含有15%～25%的固體顆粒、纖維和已溶解的化學(xué)物質(zhì)，PH值大約為10.這種液體在多效蒸發(fā)器內(nèi)濃縮，并且終在再生爐內(nèi)燃燒，用以產(chǎn)生蒸汽，作為工廠的動(dòng)力。由再生爐底收集的化學(xué)品再用于煮液中。
當(dāng)?shù)暮谝涸诙嘈д舭l(fā)器中濃縮，固體含量增高時(shí)，液體具有較高的粘度。從后一效蒸發(fā)器內(nèi)得到的液體含有近50%的固體，液體粘度將增大到(15～37)×10-3Pa.s.在蒸發(fā)時(shí)，操作溫度為93～104℃.
在蒸發(fā)器內(nèi)的水蒸發(fā)后，液體中的固體含量增加，可達(dá)50%，因此，應(yīng)避免填料密封或普通機(jī)械密封所必須的沖洗水進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，從而大大提高蒸發(fā)效率。
圖5-25所示為具有旁路沖洗的單端面內(nèi)內(nèi)裝式機(jī)械密封及系統(tǒng)。它適用于含固體顆粒纖維濃度不大于25%的場(chǎng)合。
該密封不用沖洗水，而是利用泵送介質(zhì)引入蒸汽管線進(jìn)行沖洗循環(huán)，排除了沖洗水通過(guò)泵進(jìn)入蒸發(fā)器系統(tǒng)稀釋液體的可能性。密封為平衡型，采用單端面，彈簧被封閉，以防止阻塞。摩擦副用硬質(zhì)合金組隊(duì)。如圖5-25所示，其非補(bǔ)償環(huán)可以利用填料壓蓋夾持，便于將填料密封改為機(jī)械密封。
在圖5-25密封腔底部的徑向間隙至少加大到5㎜，且旁通管與密封壓蓋連接處的連接管內(nèi)徑不小于12㎜，以保證液體介質(zhì)正常流入密封腔。
來(lái)自貯槽的黑液含有50%的固體，尚未濃縮到足以在再燒爐內(nèi)燃燒的程度。因此需要 更多的直聯(lián)蒸發(fā)器或階式蒸發(fā)器加以濃縮。燃燒段的終產(chǎn)物是固體含量在70%以上的黑液，并且在加入硫酸鈉后，其粘度能達(dá)14×10-1Pa.s，液體溫度必須保持在110℃左右才能保證流動(dòng)和維持再生爐的佳燃燒狀態(tài)。如果出現(xiàn)冷卻，則燃燒段的黑液將會(huì)凝結(jié)。
濃黑液中的高含量固體給機(jī)械密封在循環(huán)泵上的使用帶來(lái)了很大的困難。但采用圖5-26所示具有蒸汽沖洗的外裝式單端面機(jī)械密封能解決其軸封問(wèn)題。
適量蒸汽沖洗密封所形成的冷凝液對(duì)增加泵的負(fù)荷是很小的。它的優(yōu)點(diǎn)是增加液體的熱量而不冷卻降溫。在絕大多數(shù)工廠中，低壓蒸汽來(lái)源充足，且易于控制壓力和流量。注入的蒸汽應(yīng)比介質(zhì)壓力高出0.05～0.1MPa。密封腔內(nèi)用一金屬套以減少腔體的容積和增強(qiáng)蒸汽的沖洗作用。循環(huán)冷卻說(shuō)通過(guò)壓蓋到達(dá)密封的界面上，以便冷凝密封面間的蒸汽，為滑動(dòng)面提供潤(rùn)滑。端面材料使用硬質(zhì)合金與硬質(zhì)碳石墨組隊(duì)。
(4) 白液泵密封在漂白過(guò)程中，漂白劑在纖維素纖維的處理和漂白中起著特殊的作用。如果漂白劑中注入沖洗水，會(huì)使漂白劑的濃度降低，化學(xué)成分發(fā)生變化，這不僅會(huì)影響工藝流程的正常進(jìn)行，還將對(duì)管道和設(shè)備產(chǎn)生很強(qiáng)的腐蝕。
漂白劑泵用機(jī)械密封的關(guān)鍵之一是材料的選擇。例如，在Na2CO3溶液中，若材料選用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致密封件因腐蝕而失效。與壽命有關(guān)的另一個(gè)關(guān)鍵因素是，當(dāng)溫度不穩(wěn)定時(shí)，其中某種漂白劑溶液會(huì)產(chǎn)生鹽析結(jié)晶。這種結(jié)晶沉淀物腐蝕性極強(qiáng)，對(duì)密封端面的危害很大，而且還容易使密封產(chǎn)生阻塞故障。
圖5-27所示為用于漂白劑泵的單端面機(jī)械密封。其特點(diǎn)是：多彈簧置于密封腔外，不受堵塞、腐蝕的影響;當(dāng)密封端面磨損時(shí)，補(bǔ)償環(huán)相對(duì)于輔助密封圈朝潔凈的密封區(qū)位移;補(bǔ)償環(huán)與軸不接觸，無(wú)磨損卡滯故障。補(bǔ)償環(huán)之間的密封圈為以特制的聚四氟乙烯唇形圈包覆橡膠O形圈。其優(yōu)點(diǎn)是，既具有聚四氟乙烯優(yōu)良的耐腐蝕性，又具有橡膠圈原有的柔性和彈性。聚四氟乙烯摩擦阻力小，橡膠圈的高彈力特性用以克服聚四氟乙烯的蠕變。
圖5-28是在上述單端面機(jī)械密封基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的雙端面機(jī)械密封，使用效果很好。其特點(diǎn)在于：密封介質(zhì)或隔離流體壓力發(fā)生變化時(shí)，端面比壓卻變化不大。圖5-29為該密封的受力分析圖。圖5-29A、B中，F(xiàn)2是介質(zhì)作用在補(bǔ)償環(huán)有效面積上的力;由有效面積A2可決定F2的大小;F1則為介質(zhì)壓力F2產(chǎn)生的液膜反力，通常設(shè)計(jì)成F2略大于F1。圖5-29C中，f3是隔離流體作用于A3面積上產(chǎn)生的力，使密封緊密貼合;f3是隔離流體作用于A3面積上產(chǎn)生的力，使密封緊密貼合;f1是f3產(chǎn)生的反力。面積A1、A2、A3決定了密封面的比壓。通常設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使f3略大于f1.
這種雙端面機(jī)械密封的浮動(dòng)性極好。圖5-30表示在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀態(tài)，盡管泵軸產(chǎn)生了大撓曲，其密封端面仍能緊密貼合而不會(huì)咬死和泄漏。
以上介紹的白液泵所用機(jī)械密封還可廣泛地用于其它化工流程泵。
4. 污水泵用密封城市或工業(yè)區(qū)的廢水常用污水泵排入污水池中進(jìn)行凈化消毒，泵送介質(zhì)的組成相當(dāng)復(fù)雜，如含有泥沙、不溶的無(wú)機(jī)鹽、酸或堿、膠狀物、脂肪渣和纖維等。污水泵用機(jī)械密封必須可靠、耐腐蝕、并具有抗堵塞與抗磨損的功能。一般采用清水沖洗密封是有效的。但在下水道用污水泵中，若不具備水沖洗條件時(shí)，可采用機(jī)油供油潤(rùn)滑的密封裝置，如圖5-31、圖5-32所示。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列問(wèn)題：
(1) 為保證循環(huán)管線的暢通，循環(huán)管線的管徑應(yīng)盡可能大，內(nèi)徑不得小于19㎜(3/4〝),同時(shí)盡量減少?gòu)濐^，中間不應(yīng)裝過(guò)濾器和閥門。
(2) 循環(huán)管線的位置好設(shè)在葉輪背面的機(jī)殼處，以便利用葉輪的離心力作用排除大量的固體沉淀物。
(3) 密封腔內(nèi)不應(yīng)有其它阻礙物，若泵上安裝有節(jié)流套，應(yīng)拆除。
(4) 就立式泵而言，須在密封腔的適當(dāng)位置上設(shè)排氣孔，以確保密封面處于液相介質(zhì)中。
(5) 對(duì)于供油的固定油箱，應(yīng)裝在機(jī)械密封的大氣端，并配置唇形油封。
(6) 要優(yōu)先采用防阻塞性能好的橡膠波紋管機(jī)械密封。
(7) 密封與密封腔內(nèi)徑之間應(yīng)有足夠間隙。這樣，循環(huán)液有自由流動(dòng)的通道，可保障密封不受沖蝕。
根據(jù)下水道設(shè)施所使用的泵和處理介質(zhì)的不同，將各種典型機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)特征介紹如下：
(1) 大型斜流泵、軸流泵用機(jī)械密封為保護(hù)浸沒(méi)式軸承(指水中軸承)需設(shè)置的密封密封，分油潤(rùn)滑式和水潤(rùn)滑式兩種。
圖5-33、圖5-34分別為斜流泵與軸流泵所用的具有代表性的機(jī)械密封。其主要結(jié)構(gòu)特征如下：
1) 滑動(dòng)端面的外側(cè)裝防護(hù)罩，防止水中纖維狀雜質(zhì)影響轉(zhuǎn)動(dòng)部件運(yùn)行，
2) 多彈簧全部安裝在清潔的潤(rùn)滑液中，同時(shí)設(shè)置唇形密封圈以防止污物進(jìn)入其間，避免彈簧內(nèi)積污和影響密封的浮動(dòng)、追隨性。
3) 滑動(dòng)端面采用抗磨粒磨損的硬質(zhì)合金組隊(duì)，或用硬質(zhì)合金與銅合金組隊(duì)。
4) 旋轉(zhuǎn)環(huán)和補(bǔ)償環(huán)采用合成橡膠作輔助密封圈。圖5-34是采用合成橡膠制成的U形圈作補(bǔ)償環(huán)的保護(hù)和限位機(jī)構(gòu)。這種三重緩沖機(jī)構(gòu)的緩沖機(jī)能很好。當(dāng)泵抽吸含有較大固體物的污水而發(fā)生振動(dòng)時(shí)，對(duì)滑動(dòng)端面的沖擊趨于緩和。
5) 采用靜止型結(jié)構(gòu)能保持穩(wěn)定的密封性能，特別是大軸徑的泵。多彈簧可使端面預(yù)載荷均勻分布。
圖5-35和圖5-36所示分別為大型軸流泵和大型雙吸式離心泵用剖分式機(jī)械密封。盡管采用了剖分式結(jié)構(gòu)，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)，精密的加工，其泄漏量能控制在整體結(jié)構(gòu)相近的程度。其主要特征如下：
1) 補(bǔ)償環(huán)端面開有溝槽，槽內(nèi)注入清潔水后形成一個(gè)具有壓差的貯水槽，可起到封堵作用，確保密封端面在負(fù)壓工況呀也不會(huì)出現(xiàn)干摩擦。
2) 彈簧等組件安裝在泵殼之外，因此不會(huì)發(fā)生堵塞故障。
3) 從外部可以直接觀察到滑動(dòng)端面的磨損情況。
4) 不磨損泵軸，更換極為方便。對(duì)原來(lái)使用壓蓋填料密封的泵特別適用。
5. 潛水、潛油泵用密封潛水泵是30年代發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)泵合一的提水機(jī)械。近年來(lái)，隨著地下水資源大規(guī)模的開發(fā)利用，造成地下水位普遍下降，使?jié)撍姳孟蛏罹较虬l(fā)展。
潛油泵是應(yīng)油田開發(fā)而發(fā)展起來(lái)的，主要用于油田開采后期的強(qiáng)采。
潛水、潛油泵和電機(jī)都是裝在機(jī)殼內(nèi)的貫穿軸上，其軸封的作用是防止提升的液體浸入軸承箱及電機(jī)。機(jī)械密封由于技術(shù)的發(fā)展，采用了合理的設(shè)計(jì)，獲得了優(yōu)異的性能。目前潛水、潛油泵的密封已廣泛采用機(jī)械密封
(1) 潛水泵用機(jī)械密封圖5-37為YQSY系列充油式潛水電泵的總體結(jié)構(gòu)。充油式潛水泵的主要特點(diǎn)是機(jī)內(nèi)充滿油(25﹟變壓器油)，它即可作電機(jī)內(nèi)部絕緣，又可起密封、潤(rùn)滑和冷卻作用，并保護(hù)電機(jī)內(nèi)部不受水的侵蝕。因?yàn)殡姍C(jī)潛入水中工作，所以對(duì)密封要求特別嚴(yán)格。通常各部位的靜密封能做到“零泄漏”。而旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械密封則成為充油式潛水電泵的技術(shù)關(guān)鍵。對(duì)它的要求是：
1) 堅(jiān)固可靠、耐用，以便長(zhǎng)期使用。
2) 提升的水絕不能侵入。為了保證潛水泵長(zhǎng)年在井下運(yùn)轉(zhuǎn)，避免損壞軸承，燒毀電機(jī)，潤(rùn)滑液的消耗應(yīng)極少，泄漏量通常限制在0.1mL/h以下。
3) 不僅要適合連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和間隙運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，而且還要適合長(zhǎng)期停機(jī)，偶而開動(dòng)，或一年只運(yùn)轉(zhuǎn)十幾次的情況。
4) 應(yīng)適應(yīng)高速、低速和重載工況條件;抗泥沙磨損，抗腐蝕。
圖5-38為 YQSY150A潛水泵用808型機(jī)械密封，圖5-39為YQSY200B、YQSY250B潛水泵用782型機(jī)械密封。這兩種結(jié)構(gòu)型式的密封具有下述共同的特征：
1) 摩擦副由硬質(zhì)材料組隊(duì)(用鎳基硬質(zhì)合金與鎳基硬質(zhì)合金組對(duì))，抗泥沙磨損，抗鹽鹵腐蝕，并采用了端面變形小的結(jié)構(gòu)。
2) 808型為橡膠波紋管密封。而782型采用橡膠O形圈作輔助密封圈，并增加了防震橡膠O形圈，密封的緩沖性能特別優(yōu)異。其材料為氟橡膠。泵送地下熱水時(shí)，輔助密封圈不易老化失效。
3) 機(jī)械密封外部裝有橡膠防砂環(huán)，以免砂粒侵入密封。
4) 電機(jī)下部裝有保壓補(bǔ)油和貧油信號(hào)保護(hù)裝置。保壓裝置由油缸、橡皮一油囊、彈簧和托盤等組成。其作用是，依靠油囊和彈簧壓力來(lái)維持電機(jī)內(nèi)部油壓大于外部水壓0.02～0.03MPa，防止井水侵入，而且腔內(nèi)壓差與電泵下潛的深度無(wú)關(guān)(因?yàn)樗畨簩鬟f給油囊)，始終保持電機(jī)內(nèi)部油壓略高于水壓，以保證泄漏的方向從油到水，并不斷地自動(dòng)補(bǔ)油。這樣既有利于密封面間的潤(rùn)滑，又可起到吸熱作用，因?yàn)殡姍C(jī)、密封在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)熱，機(jī)內(nèi)的油必然要產(chǎn)生熱膨脹。在電機(jī)工作中，若內(nèi)部進(jìn)水或油量消耗到規(guī)定界限時(shí)，貧油信號(hào)裝置會(huì)給出指令自動(dòng)切斷電源，保護(hù)電機(jī)。貧油保護(hù)結(jié)構(gòu)原理如圖5-40所示。
(2)潛油泵密封 潛油泵是近幾年來(lái)出現(xiàn)的新型采油設(shè)備。它適用于大排量(8000m3/d)、特深井(3000m)和海上油田的斜井等場(chǎng)合。
潛油泵機(jī)械密封是從油井套管中潛入上千米的油層，以密封油、水、氣三相混合物。由于下井、提井一次的費(fèi)用高達(dá)萬(wàn)余元，并影響采油，因此要求有可靠的壽命和密封性能：泄漏量不大于0.11mL/h，壽命1.5a以上。
其運(yùn)行工況大致為：密封介質(zhì)含硫化氫和其它腐蝕性組分(PH8.5～9)和泥沙粒子的油、水、氣壓力0.7～1.20MPa(絕壓);溫度50～120℃;轉(zhuǎn)速2950r/min.
潛油泵所用典型的機(jī)械密封(圖5-41)為三級(jí)橡膠波紋管型機(jī)械密封，其上部為單端面機(jī)械密封，下部為雙端面機(jī)械密封，見(jiàn)圖5-42，圖5-43，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是通過(guò)輔助裝置把油井壓力通過(guò)中間介質(zhì)傳遞到各腔。第一腔內(nèi)為油井壓力，油井壓力首先傳遞給U形腔中的惰性氟油，再通過(guò)氟油把壓力傳給潤(rùn)滑腔(第二、第三腔和電機(jī)與軸承的第四腔)。這樣便形成了一個(gè)互相隔開的連通器，為處于高壓腔中的波紋管機(jī)械密封創(chuàng)造了有利于運(yùn)轉(zhuǎn)條件，使密封端面內(nèi)外的壓差△p幾乎為零。當(dāng)密封出現(xiàn)微量污液泄漏時(shí)，由于各腔都與U形腔氟油相通，因此污液將無(wú)法穿過(guò)高密度的氟油進(jìn)入清潔的潤(rùn)滑油腔;盡管可能進(jìn)入大于氟油密封的顆粒，也只能沉積于U形腔下部，不會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑油各腔。
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