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机械密封基础‖如何为离心泵选择合适的机械密封

机械密封基础‖如何为离心泵选择合适的机械密封

泵沙龙
 2024年12月05日 07:02 

前言


每台离心泵都需要一些方法来防止泵送液体通过旋转驱动轴泄漏。密封方法可以简单到将浸渍石墨的填料绳装入“填料函”,也可以复杂到将整台泵装入一个腔室(磁力驱动或屏蔽电机)。迄今为止,驱动轴周围最常见的密封方式是机械密封。

机械密封是一种利用两个环形密封面相互抵靠来阻止泵送液体泄漏的装置。这两个密封面经过研磨和抛光,非常光滑,以至于它们之间的间隙非常小,甚至偶尔会瞬间接触而不会相互损坏。大多数机械密封利用泵送液体冷却和润滑密封面,使其不受损坏,同时有少量蒸汽从密封面逸出。对于磨蚀性和非润滑性的液体,可能需要“隔离液”来保护密封面免受泵送液体的影响。


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最简单的机械密封由一个固定在泵外部且不旋转的“静止面”和一个连接在旋转轴上的“旋转面”组成。每个密封面都必须通过柔性“套(boots)”、O形圈或其它方式连接到泵上,以防止液体从密封面周围泄漏。这些套通常由橡胶(BUNA)、EPR或氟橡胶等弹性体制成,也可以是柔性金属波纹管,甚至是Teflon(尽管Teflon很难安装和保持压缩)。


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需要使用金属件将各零件保持在一起,并提供弹簧将密封面保持在一起。这些金属件通常使用316SS材料,但如果需要,也可以由其它更贵重的金属制成。

绝大多数离心泵会在各种工况下泵送水,在某些应用,水中可能会添加一些防冻剂和抗菌添加剂。由于水本身不是一种很好的润滑剂(尤其是在高温下),因此密封面需要提供一些自身的润滑性,这样当它们在启动或停机发生接触时,就不会撕裂密封面。这通常是通过将其中的一个密封面用碳或浸渍碳的材料制成来实现的。另一个密封面通常是较硬的材料,可以抵抗碳面的磨损,如陶瓷、碳化物或金属。

请注意,尽管水是最常见的泵送液体,但使用的不同添加剂会对所需的密封类型产生巨大影响。相对于干净的水,即使与乙二醇混合,也很容易密封且成本低廉,而脏水或含有大量添加剂的水则很难密封。区别在于液体的研磨性和润滑性。如果用手指摩擦样品时感觉到缺乏润滑性,或者如果液体含有大量的盐或其它溶解的固体,则可能需要更复杂、更昂贵的机械密封。

如何为泵送不同介质的离心泵选择合适的机械密封?


清洁水


不含磨蚀性且可能含有一些乙二醇的水可以使用最便宜的密封类型。静止密封面通常由陶瓷制成,用丁腈橡胶套或丁腈橡胶O形圈密封在密封板上。旋转密封面通常由碳/石墨组合而成,并用丁腈橡胶套或O形圈密封在轴(或轴套)上。将密封固定在一起所需的弹簧和金属件材料为304SS或316SS。


含盐、磨料或添加剂的水


含有盐、磨料或添加剂的水都会对机械密封面造成磨损。当机械密封正常工作时,少量液体进入两个密封面之间的空间。当液体从密封面的高压侧流向低压侧时,液体会发热并汽化。虽然这种汽化是冷却和润滑密封面所必需的,但它也会在密封面之间的空间中留下盐或其它固体。这些沉积的固体非常粗糙(具有很强的磨损性),会随着时间的推移而累积,并可能迅速磨损密封面(特别是较软的碳面)。

对于轻度磨蚀性液体,最简单、最便宜的解决方案是将密封面升级为比用于清洁液体的廉价碳/陶瓷组合更耐磨的材料。最便宜的硬质材料通常是碳化硅,但也会使用其它陶瓷/金属。碳化硅或任何其它硬质材料的缺点是发生在干运行时,即使是在启动和停机的瞬间。任何一段时间的干运行都会导致磨损和热量积聚,并可能导致机械密封失效(在严重的情况下,热量会熔化弹性体零件)。当碳化硅表面浸渍碳/石墨时,这种干运行问题会显著减少,但问题并没有消除。根据许多变量,带有浸渍面的密封在失效前只能干运行很短的时间,但最终密封会因热量积聚而失效。

密封磨蚀性液体的其它解决方案包括用清洁的液体冲洗密封面,但这种方案需要特殊的密封(如双重密封)和特殊的冲洗管道。这种方案的成本比较昂贵。


高温或低温水


当水温低于32 °F(0 °C)或高于212 °F(100 °C)时,密封材料可能需要升级。通常需要EPR弹性体来应对低温,高温可能需要使用氟橡胶。在极端温度下,还可能要求用更坚硬的碳化硅或其它金属面取代标准陶瓷材料。陶瓷面非常容易受到热冲击,液体温度的突然变化会导致密封面碎裂。


食品级密封


卫生泵或食品加工中使用的机械密封通常需要氟橡胶和316SS金属部件,以及泵送液体所需的其它材料升级。这些密封通常必须安装在泵的外部,以便可以每天拆卸和清洁,因此需要专门的泵和密封。


除水以外的液体


除水以外的液体可能需要非常专业的机械密封,甚至需要非常专业的泵。有毒或易燃液体需要双重密封、特殊冲洗液和特殊冲洗方案来隔离泵送液体并保护密封面。这些特殊的密封通常是为了保护工人、公众和空气质量。这些特殊密封的尺寸和复杂性需要大的腔室,通常还需要大型、复杂和昂贵的泵。你可能需要咨询你的泵销售人员或经验丰富的机械密封销售人员,以获得合适的泵和合适的机械密封。


不需要机械密封的泵


如果液体很难密封或非常危险,可能需要考虑使用“无密封”泵。三种最常见的无密封泵是:磁力驱动泵、屏蔽转子泵和立式悬臂泵。

磁力驱动泵在一个封闭的外壳中使用磁铁来驱动泵。一组磁铁在与电机相连的外圆筒上旋转。另一组磁铁在与泵相连的内圆筒上旋转。两组磁铁由一层薄的非金属壳体隔开,从而将泵内的液体保持在壳体内。这种布置的问题在于,需要许多衬套和轴套来支撑泵轴和叶轮。这些衬套和轴套暴露在泵送的液体中,因此任何磨料都会迅速损坏泵。修理或更换这些衬套和轴套非常困难,而且非常昂贵,只会增加本已昂贵的泵的成本。这种泵非常适用于清洁且危险的液体。

屏蔽转子泵比磁力驱动泵更进一步,将整个泵和电机封闭在一个密封的壳体内。这消除了对驱动泵的磁铁的需要,并且比磁力驱动泵使用更少的轴承/衬套。这些衬套和轴套暴露在泵送的液体中,因此任何磨料都会迅速损坏泵。衬套和轴套的维修和更换非常昂贵。这种泵可能是某些高温和危险液体的最佳选择。

对于含有大量磨料(如零件清洗机)的水,立式悬臂泵通常是最佳选择。电机经过专门设计和制造,具有非常长且直径通常非常粗的轴,可根据泵设计的需要向外伸出(悬臂)。这种长电机轴仅由电机滚动轴承(或大型轴承箱)支撑,这些轴承不会暴露在泵送的液体中。需要节流衬套和轴套来减少从泵中逸出的水,并且这些零部件都暴露在液体中,但衬套和轴套不应接触,可以由坚硬、耐腐蚀的材料制成。这种泵的缺点是它是立式安装的,必须悬挂在集液坑中,因此需要很大的空间和额外的支撑结构。这些泵的长度也有限制,因为随着轴长度的增加,轴的直径也会成倍增加。此外,由于一些液体必须通过轴套和衬套泄漏,因此效率也有所损失。


泵沙龙注:文章内容来源于www.aspumps.com,由泵沙龙翻译、编辑和整理。



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