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几种石化行业泵轴封 |
由于固液两相流中磨蚀性颗粒介质的存在，采用一般的机械密封常会构成如下5种危害：
①密封端面的加剧磨损。密封面之间因颗粒泄漏进入端面，起着磨料作用，加速了密封面的磨损。
②介质侧颗粒堵塞。由于颗粒的堆积，架桥，阻碍了弹簧、销和辅助密封封圈的运动，从而导致补偿环的追随性和浮动性下降。
③大气侧颗粒堵塞。由于常规设计的机械密封，密封面内径和轴（或轴套）之间的间隙较小，泄漏的固体颗粒不能及时排出，易堆积、阻塞，阻碍了辅助密封圈的运动，从而导致密封失败。
④磨蚀。指密封元件表面由于受到磨蚀性颗粒的作用而产生的局部咬蚀、撕裂。它通常发生在使用较软的钢材或石墨材料时，由于冲洗水或封液的冲击而造成的。在有颗粒介质的情况下，发生得更加严重；
⑤传动元件的磨损。由于传动销这些元件处于颗粒介质中，运动时由于颗粒的研磨作用加剧了元件本身的磨损。
在选型时，应使机械密封产品尽量避免颗粒的作用，不致产生这5种失效，机械密封解决颗粒介质作用的问题有两大途径：一是对机械密封设置一些附加的内部结构或采取辅助措施（如螺旋密封、唇封、封液、冲洗水、水箱或油箱建立液障防止颗粒堆积等），或者外部装置（如旋流固液分离器、磁滤器等），尽量避免上述5种失效出现，维护机械密封良好的工作状态。这种途径对于比较重要的场合，重要的设备可以使用。但对于由于空间受到限制，或者由于辅助设施耗费太高，以及由于有些场合，物料不允许有封液或冲洗水进入产品的情况，就应采取选择设计出一种新型的机械密封结构，能直接用在颗粒介质中，满足生产流程对密封的要求。
为了使机械密封达到密封可靠、寿命长、结构简单、装拆方便、易调节、成本低的目的，具体办法如下：
采用弹簧和辅助密封圈相结合使用。主要优点是：具有较高的弹性，且弹簧不与介质接触，避免了易受颗粒堵塞的问题。
为了保证摩擦副在颗粒介质中具有耐磨损和耐磨蚀的目的，摩擦副材料的硬度必须高于磨粒的硬度。通常可选用硬对硬组对，材质可为碳化钨或碳化硅。与碳化钨相比，碳化硅具有更高的硬度，更好的导热率，化学稳定性较好，还有自润滑性，但成本较高。
根据A.I.GoLubiev（前苏联）等人对在磨蚀性颗粒介质中高硬度摩擦副磨损机理的研究所得出的结论，摩擦副宽度应比一般机械密封的宽，以获得较高的使用寿命。动、静环的宽度相等，有利于防止颗粒对密封端面的磨损，同时，有足够的面积，以避免大的失配。因此，能够适应比一般机械密封端面大得多的径向和轴向跳动。
混流泵用机械密封应设计为内流式，颗粒介质在密封环外侧，离心力和惯性力的作用使颗粒、杂质向外运动，抛离密封面。
与一般机械密封不同，轴套与密封环之间的间隙应较大，当有物料泄漏时，能及时排出，避免颗粒的堆积和阻塞。密封腔的设计必须有适当的空间，使密封腔的物料能流动，不堆积沉淀，并易冷却和润滑密封。为了减少泵内介质压力对密封端面比压的影响，采用平衡型机械密封结构。
端面比压是影响密封性能和使用寿命的最重要因素之一。为了防止颗粒介质进入密封端面，泄漏量增大，端面磨损加剧，导致密封的失效，应使端面比压比一般的要大些。但端面比压过大，将造成摩擦面发热和磨损加剧，功率消耗增加。设计时，端面比压为0.3MPa左右。
采用单端面机械密封时，为了避免颗粒杂质的危害，需根据不同情况分别采取冲洗、过滤、分离、隔离、保温和加热等措施。冲洗液的可靠性和质量是密封成败的关键。若从外部注入清洁冲洗液，密封的工作环境可得到改善，但必须损耗冲洗液，而且，其先决条件是所输送的液体允许被冲洗液微量稀释。 石化行业泵轴封方式大致分为接触密封、非接触密封两大类。接触密封中包括填料密封及机械密封；非接触密封有迷宫式密封、螺旋密封和副叶轮密封等。石化行业中80～90%的化工泵采用机械密封。使用机械密封是解决跑、冒、滴、漏，改善环境保护，提高工作效率，降低生产成本的有效途径，是实现工业现代化必不可少的手段之一。
研究点滴
广州昊天化学公司ZW600-80型强制循环泵，流量2650m3/h，泵输送的浆料中含有8％～10％（wt)甚至更高的盐晶体，输送液温度高达120℃。轴封结构包括安装在轴流泵旋转主轴上的轴套、前机封盖、密封环、泵盖、后机封盖、水封盖和安装在它们之间的两套前后串联并相互独立的机械密封，机封1采用平衡型外置静环补偿式机封，机封2采用双端面拨叉式机封。 广东省开平涤纶企业集团公司浆料输送泵为罗茨泵，浆料介质密度l350m3/kg，出口压力600kPa，电机转速1500r/min。浆料的密封采用机械密封形式；采用EG进行冲洗，用骨架油封进行密封，防止冲洗液外漏。改进措施包括：改变推环两端O形密封圈的密封位置，采用氟橡胶O形密封圈；用PTEF材料制作一个类似骨架油封的油封，安装于定环固定座与泵体之间，防止浆料进入动、静环密封面等。 日本三菱重工的93A型反应堆冷却泵（RCP）轴封系统包括三道密封。第一密封（1级密封）是控制泄漏的film-riding端面密封，采用非接触式控制泄漏系统，在长周期操作（约1年）内特性偏差较小。1号密封的作用为将冷却剂的压力从15MPa降低到0.3MPa，包括旋转侧密封runner和静止侧密封环。 美国Joseph L
Foszcz撰文综述轴封，称机械密封可以处理各种流体，压力最高达13.8MPa，转速最高达50000rpm，温度从-254～649℃，在不允许泄漏的泵应用越来越受欢迎。文章给出了一个典型的机械密封组件，包括1级密封、1级密封环、静止密封环、O型环（2级密封）等。 部分专利介绍
广州水泵厂的中国实用新型专利ZL99236406揭示的组合密封式无泄漏泵包括旋转主轴、叶轮、泵盖、机封盖等部件，在所说的旋转主轴、叶轮、泵盖和机封盖之间设置并联套装的两套机械密封，其外层密封为贴近泵盖的单端面平衡型静环补偿式机封（第一级密封），内层密封为贴近旋转主轴的双端面机封（第二级密封），这种泵通过泵体内所安装的组合式机封，使输送介质与隔离液介质分离，能避免输送液介质通过旋转轴面向外部空间泄漏。 日本NIPPON PILLAR PACKING CO
LTD申请的美国专利US5501470揭示了一种用于旋转机械的非接触式轴封，在轴封端面的高压侧产生流体膜密封。旋转密封面上成辐射状或外周方向排列着多个压力凹槽，在流体膜内产生动态压力。 日本三菱重工申请的日本专利JP8219297揭示的轴封适用于高压旋转机器，高压室和低压室相互密封，旋转环上有多个凹槽，以便于随着旋转轴转动将环形凹槽内的流体沿外周方向输送。
日本NIPPON PILLAR PACKING CO
LTD申请的日本专利JP2003185030揭示轴封装置采用二道机封，用于高压设备。其第一机封通过双级密封部件使第二轴套可以沿轴向相对移动地插入旋转密封环内，这样第一静止侧固定器能够保持第一静止密封环插入在第一轴套内。这种结构可以减小体积和重量。 |
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