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淺談(tan)雙端面機械密封

1、前言(yan)

與(yu)單端(duan)(duan)面機械密(mi)封(feng)相比,雙端(duan)(duan)面機械密(mi)封(feng)密(mi)封(feng)性(xing)能好,適用于強(qiang)腐蝕(shi)、高(gao)溫、帶懸(xuan)浮顆粒及(ji)纖維(wei)介(jie)質、氣體(ti)介(jie)質、易燃易爆、易揮發低黏度(du)介(jie)質,高(gao)真空度(du)工況的密(mi)封(feng)。我車(che)間烷基苯裝置泵用機械密(mi)封(feng)為(wei)單端(duan)(duan)面機械密(mi)封(feng)。新建的硫磺裝置因為(wei)對MDEA等介質高的密封要求,故采用雙端面機械密封。雙端面機械密封不僅僅是單端面機械密封的重復,在化工一些重點場合,可有效地防止危險、有毒、易燃、易爆物質的泄漏,具有高性能保險作用。在密封高壓介質時,可以合理的分配每個密封的兩端壓差,提高密封的工作壓力范圍。對一些自潤滑性差、易凝結、汽化介質,通過在密封腔體注入密封液改善密封的工況,大大提高密封的效率和使用壽命。

2、密(mi)封原(yuan)理

雙端面(mian)機械密封原理(li)與單端面(mian)機械密封基本相同,都是(shi)靠垂直于旋轉(zhuan)軸線的端面(摩(mo)擦副)在流體壓(ya)力和補償機構彈力的作(zuo)用以及輔(fu)助(zhu)密(mi)封(feng)的配合下保持(chi)貼合并相(xiang)對(dui)滑動而(er)構成的防止(zhi)流體泄(xie)漏(lou)的裝置。雙端面機械密(mi)封(feng)結構如圖2-1所示。

 工作(zuo)時,由流體壓(ya)力(介(jie)質(zhi)壓(ya)力)和(he)(he)彈(dan)性(xing)元件的彈(dan)力等引(yin)起(qi)的合力作(zuo)用(yong)下,在(zai)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)環的端(duan)(duan)面(mian)上產(chan)生一個適當的比(bi)壓(ya)(壓(ya)緊(jin)力),使(shi)兩(liang)(liang)個接觸端(duan)(duan)面(mian)(動(dong)環、靜環端(duan)(duan)面(mian))相互緊(jin)密(mi)(mi)貼合,并在(zai)兩(liang)(liang)端(duan)(duan)面(mian)間極小(xiao)的間隙中維持(chi)一層(ceng)極薄的液(ye)膜,從而(er)達到密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)的目的。雙端(duan)(duan)面(mian)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)有兩(liang)(liang)道端(duan)(duan)面(mian)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng),若(ruo)一級密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)失(shi)效,二級密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)仍然可密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng),防止(zhi)泄露。一般雙端(duan)(duan)面(mian)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)都需要外供(gong)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)液(ye)系統,向密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)腔內引(yin)入封(feng)(feng)(feng)液(ye)進行堵封(feng)(feng)(feng)、潤(run)滑和(he)(he)冷(leng)卻,且多為(wei)循(xun)環冷(leng)卻使(shi)用(yong)。密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)液(ye)不僅可以(yi)(yi)沖洗摩擦副改善(shan)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)工作(zuo)環境,還可以(yi)(yi)作(zuo)為(wei)一級密(mi)(mi)封(feng)(feng)(feng)面(mian)是否失(shi)效的重要檢測手段。

3、結構

與單端面(mian)(mian)機械(xie)(xie)密封相比,雙端面(mian)(mian)機械(xie)(xie)密封多(duo)一(yi)個摩(mo)擦(ca)副(fu)。兩摩(mo)擦(ca)副(fu)可(ke)分別(bie)由兩動(dong)環兩靜環組成(cheng)也可(ke)由兩動(dong)環共用一(yi)靜環或者兩靜環共用一(yi)動(dong)環組成(cheng)。雙端面(mian)(mian)機械(xie)(xie)密封有(you)多(duo)種分類方法(fa)。

3.1根據密(mi)封(feng)液(ye)系統壓(ya)力可分為有(you)壓(ya)雙(shuang)封(feng)和無壓(ya)雙(shuang)封(feng)。

有壓雙封(feng)(feng)密封(feng)(feng)液(ye)系統的(de)壓力一(yi)般(ban)要比(bi)一(yi)級密封(feng)(feng)前的(de)壓力高0.01--0.03MPa。這樣一級密封泄漏時,密封液會進入泵內,確保了泵內介質不會泄漏到外界。由于密封液進入泵內,密封液系統壓力、液位降低,可以實現密封的泄漏監測和報警。

無壓雙封(feng)(feng)(feng)密(mi)封(feng)(feng)(feng)系(xi)統(tong)(tong)內的壓力(li)一(yi)般為常壓或(huo)微壓,低于一(yi)級密(mi)封(feng)(feng)(feng)前的密(mi)封(feng)(feng)(feng)腔壓力(li)。當一(yi)級密(mi)封(feng)(feng)(feng)泄漏時,泵內介質會進入密(mi)封(feng)(feng)(feng)液系(xi)統(tong)(tong),導致密(mi)封(feng)(feng)(feng)液系(xi)統(tong)(tong)的壓力(li)和(he)液位升(sheng)高,可以(yi)通過壓力(li)開關或(huo)液位開關實(shi)現泄露監測和(he)報警。通過密(mi)封(feng)(feng)(feng)液系(xi)統(tong)(tong)來(lai)監測雙端面機械密(mi)封(feng)(feng)(feng)失(shi)效與否,也是其區別(bie)于單端面機械密(mi)封(feng)(feng)(feng)最(zui)主要的形(xing)式(shi)之一(yi)。

3.2按摩(mo)擦副布置形(xing)式(shi)分(fen)為(wei)徑向式(shi)、面對面、背(bei)對背(bei)及串聯式(shi)四種,如圖(tu)3-1所示。

徑(jing)向(xiang)雙端(duan)面機械(xie)密封包括有一(yi)對相互配(pei)合(he)(he)(he)的(de)動(dong)環(huan)和靜環(huan),其(qi)主技術(shu)結構特征(zheng)在于,在動(dong)環(huan)和靜環(huan)配(pei)合(he)(he)(he)端(duan)面上對應(ying)開設(she)有圓(yuan)環(huan)凹槽(cao)形成徑(jing)向(xiang)兩個(ge)配(pei)合(he)(he)(he)摩擦副,在靜環(huan)上開設(she)有泄流孔,從而形成徑(jing)向(xiang)雙端(duan)面機械(xie)密封。其(qi)整(zheng)體結構簡單(dan)緊湊,結構空(kong)間(jian)小(xiao),安裝(zhuang)(zhuang)使用方便,特別適用于徑(jing)向(xiang)安裝(zhuang)(zhuang)尺(chi)寸受限的(de)場(chang)合(he)(he)(he)使用。

面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)雙(shuang)端面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)有靜(jing)(jing)環(huan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)和(he)動環(huan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)兩種形式。靜(jing)(jing)環(huan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)是一整(zheng)體動環(huan),動環(huan)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)一整(zheng)體靜(jing)(jing)環(huan)。但是由于加工精(jing)度(du)、機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)失效后更(geng)換(huan)成本等問題面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)式雙(shuang)封(feng)(feng)在流體泵(beng)用機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)中使用較(jiao)少,一般應(ying)用于密(mi)(mi)封(feng)(feng)腔尺寸較(jiao)小的場(chang)合(he)。背靠背或串(chuan)聯(lian)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)已(yi)經完(wan)全可以(yi)(yi)覆(fu)蓋(gai)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)的適用工況(kuang)。輕烴、黏性、聚合(he)流體、有害氣體采(cai)用干氣密(mi)(mi)封(feng)(feng)、非接觸(chu)設計(ji)可以(yi)(yi)采(cai)用面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)。面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)要求封(feng)(feng)液壓力(li)大于介質(zhi)壓力(li),屬于有壓雙(shuang)封(feng)(feng),不(bu)然內側機械(xie)密(mi)(mi)封(feng)(feng)動靜(jing)(jing)環(huan)受(shou)力(li)不(bu)合(he)理。面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)對(dui)面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)結構多用于集裝(zhuang)式結構,既可以(yi)(yi)做單端面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian),又可加封(feng)(feng)液做成雙(shuang)端面(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)(mian)。

背(bei)(bei)對(dui)背(bei)(bei)式(shi)(shi)雙(shuang)(shuang)(shuang)端(duan)面(mian)機(ji)械(xie)密(mi)封(feng)亦可做(zuo)成集(ji)裝(zhuang)性,拆裝(zhuang)方便,檢(jian)修(xiu)容易,因此使用(yong)較(jiao)多(duo)。硫(liu)磺裝(zhuang)置雙(shuang)(shuang)(shuang)端(duan)面(mian)機(ji)械(xie)密(mi)封(feng)為背(bei)(bei)對(dui)背(bei)(bei)式(shi)(shi)。背(bei)(bei)對(dui)背(bei)(bei)式(shi)(shi)雙(shuang)(shuang)(shuang)封(feng)分(fen)別有兩(liang)動(dong)環和兩(liang)靜環,一級(ji)密(mi)封(feng)為外流式(shi)(shi)。因其適用(yong)工況寬,應用(yong)廣(guang)泛,狹義上(shang)的(de)雙(shuang)(shuang)(shuang)端(duan)面(mian)機(ji)械(xie)密(mi)封(feng)專指背(bei)(bei)對(dui)背(bei)(bei)式(shi)(shi)雙(shuang)(shuang)(shuang)端(duan)面(mian)機(ji)械(xie)密(mi)封(feng)。背(bei)(bei)對(dui)背(bei)(bei)式(shi)(shi)雙(shuang)(shuang)(shuang)封(feng)屬于有壓(ya)雙(shuang)(shuang)(shuang)封(feng),當一級(ji)密(mi)封(feng)失效后密(mi)封(feng)液(ye)系(xi)統的(de)壓(ya)力(li)和液(ye)位都會(hui)降低。密(mi)封(feng)液(ye)循環的(de)動(dong)力(li)由(you)內置泵效環提供。

串聯(lian)(lian)機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng)是兩組或(huo)兩組以上同向(xiang)布置的單(dan)(dan)端(duan)(duan)面(mian)(mian)機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng)組成串聯(lian)(lian)機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng),兩組單(dan)(dan)端(duan)(duan)面(mian)(mian)機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng)組成串聯(lian)(lian)雙端(duan)(duan)面(mian)(mian)機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng)。這種(zhong)密(mi)(mi)封(feng)方式使密(mi)(mi)封(feng)腔的壓力逐級降低,介質(zhi)不至外漏。串聯(lian)(lian)雙端(duan)(duan)面(mian)(mian)密(mi)(mi)封(feng)由于其結構緊(jin)湊,可適用于軸徑尺(chi)(chi)寸不大,軸向(xiang)尺(chi)(chi)寸小,且(qie)轉速較大的中等載(zai)荷的場合。內(nei)端(duan)(duan)為平(ping)衡(heng)型機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng),外端(duan)(duan)為非平(ping)衡(heng)型帶泵(beng)效(xiao)環機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng)。串聯(lian)(lian)式雙端(duan)(duan)面(mian)(mian)機(ji)(ji)械(xie)密(mi)(mi)封(feng)可做成有壓雙封(feng),也可做成無壓雙封(feng),以無壓雙封(feng)最常見。封(feng)液(ye)提供密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)的冷卻(que)潤(run)滑,靠(kao)內(nei)置泵(beng)效(xiao)環循環。

 

4、失(shi)效分析

轉動(dong)設備(bei)故障(zhang)中,因機械密封泄漏而停機的約占(zhan)維(wei)修設備(bei)總量的50%左右。雙端面機械密封失效機理與單端面機械密封失效機理基本相同,主要是密封面的失效。在機泵運行過程中,由于摩擦和攪拌產生的熱量會使密封面溫度升高,加之介質的影響,就會出現密封面介質的氣化、密封環變形、熱磨損,甚至出現熱裂。有的介質在溫度變化時會加劇固化、聚合、結晶、結焦和腐蝕。種種非正常的工況將加劇或者短期內直接導致密封失效。

有關(guan)機(ji)(ji)構(gou)曾對(dui)泵類機(ji)(ji)械進行了數年(nian)調查(cha),密封失(shi)效的原因(yin)及(ji)其占比例(li)見表(biao)4-1。

4-1 機械密封失效原因分析

密封失效原因

比例(%)

操(cao)作問題(沖洗(xi)液中斷等(deng))

40

 

 

 

機械方面問題(安裝(zhuang)誤差、間隙不(bu)當(dang)、調整不(bu)當(dang))

24

 

 

 

流體回路高(gao)等(deng)錯誤(負壓不(bu)足(zu)、沖洗液不(bu)足(zu)、泵特性不(bu)適(shi)當)

19

 

 

 

密封元件選擇不當(材料或基本(ben)結構(gou)錯誤)

9

 

 

 

其他原(yuan)因(yin)

8

 

 

 

由上表可知(zhi),密封失效的主要原因為操作(zuo)問題。分析故障(zhang)時,要對(dui)其(qi)整個過程,包括拆卸(xie)前(qian)的泄露(lu)狀態(tai)、泄漏量、拆卸(xie)中的檢查、密封部件檢測等深入研究,找到故障(zhang)發生的泄漏點和(he)真實原因,進而采取(qu)相應措施。

5、日常維護

從表一可以看出,密封失效的(de)主要原因(yin)是操作的(de)問(wen)題,因(yin)此做好(hao)日(ri)常(chang)維(wei)護(hu)工(gong)作,為其提供一個合理的(de)工(gong)況,是密封運轉正常(chang)、良好(hao)的(de)前提。做好(hao)日(ri)常(chang)維(wei)護(hu)應保證以下(xia)幾點。

1)啟動前(qian)檢查輔助裝(zhuang)置是(shi)否正常,保(bao)證(zheng)密封液(ye)系統液(ye)位、壓(ya)力在操(cao)作(zuo)范(fan)圍之內(nei),各處密封良好。按轉動方向盤(pan)車(che)通過(guo)雙端(duan)面(mian)機封泵效環將機封內(nei)充滿液(ye)體(ti)。

2)不要使泵抽空避(bi)免密封端面發(fa)生干摩擦。

3)經常檢查輔(fu)助裝置是否(fou)正常工作:

a、注意密封液(ye)液(ye)面(mian)的(de)位(wei)置,油位(wei)降低要經常(chang)補充,壓(ya)(ya)力降低要補氣保壓(ya)(ya)。

b、定期排放泄漏(lou)液。

c、經常檢查冷卻水管、沖洗管等,杜絕發生堵塞,防止突然停水而使冷卻、沖洗效(xiao)果(guo)不好,造成密封失(shi)效(xiao)。

4)防止(zhi)機(ji)器(qi)本(ben)身振動、發熱等對密封的影響(xiang)。

a、注意(yi)異常聲響(xiang),振動可造成防(fang)轉(zhuan)銷等松開、脫出。

b、注(zhu)意異常(chang)發熱(re),如:軸承發熱(re)是(shi)否正常(chang),并作合理調整。

6、結論

從密(mi)(mi)封(feng)(feng)機(ji)理(li)上看,無論是雙(shuang)端面(mian)(mian)機(ji)械密(mi)(mi)封(feng)(feng)還是單端面(mian)(mian)機(ji)械密(mi)(mi)封(feng)(feng)都是將較難控(kong)制、泄漏量大的軸密(mi)(mi)封(feng)(feng)轉變成比較容易控(kong)制的端面(mian)(mian)密(mi)(mi)封(feng)(feng)(摩(mo)擦(ca)副)、靜密(mi)(mi)封(feng)(feng)和偽靜密(mi)(mi)封(feng)(feng)。兩(liang)級(ji)端面(mian)(mian)密(mi)(mi)封(feng)(feng)給(gei)予雙(shuang)端面(mian)(mian)機(ji)械密(mi)(mi)封(feng)(feng)安(an)全可靠,對外無泄漏的特點。根(gen)據摩(mo)擦(ca)副布置形(xing)(xing)式(shi)以及密(mi)(mi)封(feng)(feng)液系統,雙(shuang)端面(mian)(mian)機(ji)械密(mi)(mi)封(feng)(feng)在結構上有多(duo)種形(xing)(xing)式(shi),以滿(man)足多(duo)種工況的要求。

雙(shuang)端面(mian)機械密封失效的原因很多,也很復(fu)雜,可(ke)以通過(guo)采取相應(ying)(ying)的措(cuo)(cuo)施來(lai)解(jie)決。雙(shuang)端面(mian)機械密封泄(xie)露與工藝操(cao)作及(ji)安裝(zhuang)檢修有直接關系。在日常生產中應(ying)(ying)規范操(cao)作,加強管理,對故障做總結分析(xi),是保證和提高(gao)密封效率及(ji)壽(shou)命的必要(yao)措(cuo)(cuo)施。