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机械密封及其管路系统的选用

发布日期:2016/6/13 12:50:31 浏览:1877

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机械密封及其管路系统的选用来源:上海医药工业设计院作者:林杰张唏琳阮黎祥2009年05月15日22:42[导读]机械密封及其管路系统的选用随着环境保护和人类健康要求的提高,对机器的泄漏要求也不断提高。由于机械密封泄漏量很小,密封可靠。因此自18关键词:

机械密封及其管路系统的选用

随着环境保护和人类健康要求的提高,对机器的泄漏要求也不断提高。由于机械密封泄漏量很小,密封可靠。因此自1885年,英国产生第一个机械密封以来,机械密封被广泛应用于化工、石化和医药装置中。目前70~80%的工业用泵配备机械密封。

API610《石油、重化学和天然气工业用离心泵》(CentrifugalPumpsforPetroleum,HeavyChemical,andGasIndustryServices)要求泵的连续运转周期至少为3年。这就要求机械密封的连续运转周期也需达到3年以上。

虽然近年来机械密封技术发展很快,集装式机械密封的不断完善及新材料的不断应用,使密封寿命大大延长,泄漏量也大大减少。但要满足这一条仍相当困难。

据统计,密封引起的故障占全部机器故障的40%以上。造成这一现象的原因,一是作为泵机组中的动密封,其本身所处的工作条件、所起的作用所决定。二是许多国内设计单位以及工程公司(包括用户)认为密封选用是泵厂和密封厂的事情,往往对机械密封的选用参数、类型、结构和原理以及管路系统了解不深,难以参与机械密封的选用工作,造成密封的选型不当。

本文从选用的角度,介绍机械密封的选型参数、类型、结构、标准和试验,并通过选用举例作进一步的阐述。

二、机械密封选型参数

机械密封的选型参数如下:

1.输送介质的物理化学性质,如腐蚀性、固体颗粒含量和大小、密度、粘度、汽化压力,介质中的气体含量,以及介质是否易结晶等。

2.安装密封的有效空间(D与L)等。

3.工艺参数

1)密封腔压力P

密封腔压力指密封腔内的流体压力,该参数是密封选用的主要参数。确定密封腔压力时,除需要知道泵进口和出口压力外,还需了解泵的类型和结构。对新采购的泵,最方便、可靠的办法是向泵制造厂了解密封腔的压力数据;对现场在役设备,确认密封腔压力最简单的办法是在密封腔上装设压力表。

为方便密封选用,表1给出了供参考的密封腔压力值Pm。

表1不同类型泵的密封腔压力值Pm(供参考)

泵的类型估算公式后盖板带背叶片、耐磨环Pm=Ps 0.25(Pd-Ps),式中,Ps泵进口压力,Pd泵出口压力,下同。后盖板带平衡孔Pm=Ps 0.10(Pd-Ps)带背叶片和平衡孔Pm=Ps后盖板有耐磨环,无平衡孔Pm=Ps 1.8bar开式叶轮,无后盖板和平衡孔Pm=Ps C(Pd-Ps)注:C=0.1(最大叶轮直径),C=0.3(最小叶轮直径)后盖板无耐磨环,无平衡孔Pm=Ps(大部分立式泵均如此)双吸泵Pm=Ps多级泵

根据平衡管、平衡盘和平衡鼓的布置来分析,密封腔压力有时等于进口压力,有时是某一中间级出口压力,有时是泵的出口压力

2)流体温度T指密封腔内的流体温度。

3)密封圆周速度V指密封处轴的周向速度,按下式计算。

V=πnd/60

式中d轴径,m;

n泵轴转速,r/min。

三、机械密封型式的确定

1.推压型和非推压型密封

推压型密封:指辅助密封沿轴或轴套机械推压来补偿密封面磨损的机械密封,通常就是指弹簧压紧式密封。

非推压型密封:辅助密封固定在轴上的机械密封,通常为波纹管密封。

推压型密封和非推压型密封特点的比较见表2。

表2推压型密封和非推压型密封特点的比较

推压型密封非推压型密封压缩单元单弹簧或多弹簧金属波纹管或橡胶波纹管轴的辅助密封动态静态商业用尺寸范围13~508mm18~305mm温度范围-268℃~232℃-268℃~427℃压力范围20.69MPa2.41MPa特点尺寸范围大

高压

适宜于特殊设计

适宜于采用特殊金属零部件少

固有的平衡型结构

静环磨损后,动环能自由前移

高温价格一般较低一般较高

2.平衡型和非平衡型密封

密封腔中的压力作用在动环上形成了闭合力,端面间的液膜形成开启力。

载荷系数K1,密封为非平衡型密封。一般非平衡型只能用于低压。当压力大于一定的限度,密封面间的液膜就会被挤出。在丧失液膜润滑及高负荷的作用下,密封端面会很快损坏。

非平衡型密封不能平衡液体对端面的作用,端面比压随流体压力的上升而上升。

载荷系数K<1,密封为平衡型密封。内装式密封轴上的台阶使密封端面延径向内移但不减少密封面的宽度。密封的开启力不变,但由于动环有较大的面积暴露在液体中,因此,闭合力被平衡了相当一部分。

外装式密封的平衡方法除作用力方向恰好相反外,其余与内装式密封相同。在这种情况下,要增加闭合力中的液压的份额,以抵销密封端面间液膜的开启力。

平衡型密封能部分平衡液体对端面的作用,端面比压随流体压力的上升而缓慢上升。

一般非平衡型只能用于低压,但对润滑性能差,低沸点,易汽化介质及高速工况,即使在低压下,也应选用平衡型密封。因为对于非平衡型密封,当密封腔压力上升时,会将密封端面间的液膜挤出,使密封面很快损坏。

平衡型密封能用于各种压力场合。API682中规定除无压双重密封的外侧密封允许采用非平衡型密封外,其余都应是平衡型密封。

3.单端面密封、无压双重密封和有压双重密封

单端面密封:只有一对摩擦副,结构简单,制造、拆装容易,一般只需设置冲洗系统,不需要外供封液系统。

有压双重密封(原称为双端面机械密封):有两对摩擦副,结构复杂,需要外供封液系统,密封腔内通入比介质压力高0.5~1.5bar的隔离液,起封堵、润滑等作用,隔离液对内侧密封起到润滑作用。

无压双重密封(原称为串联密封):有两对摩擦副,结构复杂,需要外供封液系统,密封腔内的缓冲液不加压,工艺介质对内侧密封起到润滑作用。

一般情况下,应优先选用单端面密封,因为单端面密封结构简单,使用方便,价格低。但在以下场合,优先选用双重机械密封。

1)有毒及有危险性介质。

2)高浓度的H2S。

3)易挥发的低温介质(如液化石油气等)。

随着社会对健康、安全和环境保护的愈来愈重视,无压双重密封的使用量逐年上升,该种密封可广泛用于氯乙烯、一氧化碳、轻烃等有毒、易挥发、危险的介质。无压双重密封的内侧密封(第一道密封)是主密封,相当于一个单端面内装式密封,其润滑由被密封的介质担当。密封腔内注满来至封液罐的液体,未加压。内侧密

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