影響齒輪泵KCB33.3用機(jī)械密封外部條件的研究

影響齒輪泵KCB33.3用機(jī)械密封外部條件的研究
    齒輪泵機(jī)械密封的密封效果將直接影響整機(jī)的運行，尤其是在石油化工領(lǐng)域內(nèi)，因存在易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等介質(zhì)，機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行，嚴(yán)重的還將出現(xiàn)重大安全事故。人們在分析質(zhì)量故障原因時，往往習(xí)慣在機(jī)械密封自身方面查找原因，例如：機(jī)械密封的選型是否合適，材料選擇是否正確，密封面的比壓是否正確，摩擦副的選擇是否合理等等。而很少在機(jī)械密封的外部條件方面去查找原因，例如：齒輪泵KCB33.3給機(jī)械密封創(chuàng)造的條件是否合適，輔助系統(tǒng)的配置是否合適，而這些方面的原因往往是非常重要的。齒輪泵用機(jī)械密封的外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應(yīng)采取的合理措施?！?br /> 1　機(jī)械密封的原理及要求　　
　　機(jī)械密封是靠一對相對運動的環(huán)的端面A (一個固定，另一個與軸一起旋轉(zhuǎn)) 相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用，這種裝置稱為機(jī)械密封。
　　機(jī)械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副，動環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上，并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅３忠粚訕O薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力，可使齒輪泵在不運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，也保持端面貼合，保證密封介質(zhì)不外漏，并防止雜質(zhì)進(jìn)入密封端面。密封元件起密封動環(huán)與軸的間隙B、靜環(huán)與壓蓋的間隙C的作用，同時對齒輪泵的振動、沖擊起緩沖作用。機(jī)械密封在實際運行中不是一個孤立的部件，它是與齒輪泵的其它零部件一起組合起來運行的，同時通過其基本原理可以看出，機(jī)械密封的正常運行是有條件的，例如：泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓；機(jī)械密封處的泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件，再加上良好的機(jī)械密封自身性能，才能達(dá)到理想的密封效果。　　
2　外部條件影響的原因分析　　
　　2.1　泵軸的軸向竄量大　
　　機(jī)械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機(jī)械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個推力，旋轉(zhuǎn)起來使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓，機(jī)械密封要求泵軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5 mm以內(nèi)。但在實際設(shè)計當(dāng)中，由于設(shè)計的不合理，往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量，對機(jī)械密封的使用是非常不利的。這種現(xiàn)象往往出現(xiàn)在多級齒輪泵中，尤其是在齒輪泵KCB33.3啟動過程中，竄量比較大。
　　平衡盤工作時自動改變平衡盤與平衡環(huán)之間的軸向間隙b，從而改變平衡盤前后兩側(cè)的壓差，產(chǎn)生一個與軸向力方向相反的作用力來平衡軸向力。由于轉(zhuǎn)子竄動的慣性作用和瞬態(tài)齒輪泵工況的波動，運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子不會靜止在某一軸向平衡位置。平衡盤始終處在左右竄動的狀態(tài)。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有0105～011 mm，滿足機(jī)械密封的允許軸向竄量015mm的要求，但平衡盤在齒輪泵KCB33.3啟動、停機(jī)、工況劇變時的軸向竄量可能大大超過機(jī)械密封允許的軸向竄量。　　
　　齒輪泵KCB33.3經(jīng)過長時間運行后，平衡盤與平衡環(huán)摩擦磨損，間隙b隨著增大，機(jī)械密封軸向竄量不斷增加。由于軸向力的作用，吸入側(cè)的密封面的壓緊力增加，密封面磨損加劇，直至密封面損壞，失去密封作用。吐出側(cè)的機(jī)械密封，隨著平衡盤的磨損，轉(zhuǎn)子部件的軸向竄量大于密封要求的軸向竄量，密封面的壓緊力減小，達(dá)不到密封要求，最終使齒輪泵KCB33.3兩側(cè)的機(jī)械密封全部失去密封作用?！　?br /> 　　2.2　軸向力偏大　
　　機(jī)械密封在使用過程中是不能夠承受軸向力的，若存在軸向力，對機(jī)械密封的影響是嚴(yán)重的。有時由于齒輪泵KCB33.3的軸向力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計的不合理及制造、安裝、使用等方面的原因，造成軸向力沒有被平衡掉。機(jī)械密封承受一個軸向力，運轉(zhuǎn)時密封壓蓋溫度將偏高，對于聚丙烯類的介質(zhì)，在高溫下會被熔融，因此齒輪泵啟動后很快就失去密封效果，齒輪泵KCB33.3靜止時則密封端面出現(xiàn)間斷的噴漏現(xiàn)象?！?br /> 　　2.3　泵軸的撓度偏大　　
　　機(jī)械密封又稱端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)軸向的接觸式動密封，它是在流體介質(zhì)和彈性元件的作用下，兩個垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到密封效果，因此要求兩個密封之間要受力均勻。但由于齒輪泵KCB33.3產(chǎn)品設(shè)計的不合理，泵軸運轉(zhuǎn)時，在機(jī)械密封安裝處產(chǎn)生的撓度較大，使密封面之間的受力不均勻，導(dǎo)致密封效果不好?！　?br /> 　　2.4　沒有輔助沖洗系統(tǒng)或輔助沖洗系統(tǒng)設(shè)置不合理　
　　機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地保護(hù)密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。有時設(shè)計員沒有合理地配置輔助沖洗系統(tǒng)，達(dá)不到密封效果； 有時雖然設(shè)計人員設(shè)計了輔助系統(tǒng)，但由于沖洗液中有雜質(zhì)，沖洗液的流量、壓力不夠，沖洗口位置設(shè)計不合理等原因，也同樣達(dá)不到密封效果?！?br /> 　　2.5　振動偏大　
　　機(jī)械密封振動偏大，最終導(dǎo)致失去密封效果。但機(jī)械密封振動偏大的原因往往不是機(jī)械密封本身的原因，齒輪泵KCB33.3的其它零部件是產(chǎn)生振動的根源，如齒輪泵KCB33.3軸設(shè)計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因?！　?br />     2.6　齒輪泵KCB33.3汽蝕的原因　
　　由于裝置系統(tǒng)操作不合理以及齒輪泵KCB33.3進(jìn)口汽蝕性能不好、齒輪泵的轉(zhuǎn)速偏高，在齒輪泵KCB33.3的入口處發(fā)生局部汽蝕，汽蝕發(fā)生后，油中會有氣泡，它一方面會沖擊機(jī)械密封面的外表面，使其表面出現(xiàn)破損； 另一方面會使動靜環(huán)的吻合面的流動膜中也含有氣泡，不能形成穩(wěn)定的流動膜，造成動靜環(huán)的吻合面的干摩擦，使機(jī)械密封裝置損壞?！?br /> 　　2.7　機(jī)械加工精度不夠　　
　　機(jī)械加工精度不夠，原因有很多，有的是機(jī)械密封本身的加工精度不夠，這方面的原因容易引起人們的注意，也容易找到。但有時是齒輪泵KCB33.3其它部件的加工精度不夠，這方面的原因，不容易引起人們的注意。例如：泵軸、軸套、泵體、密封腔體的加大精度不夠等原因。這些原因的存在對機(jī)械密封的密封效果是非常不利的?！?br /> 3　應(yīng)采取的措施　
　　3.1　消除齒輪泵KCB33.3軸竄量大的措施　　
　　合理地設(shè)計軸向力的平衡裝置，消除軸向竄量。為了滿足這一要求，對于多級齒輪泵KCB33.3，比較理想的設(shè)計方案有兩個：一個是平衡盤加軸向止推軸承，由平衡盤平衡軸向力，由軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位； 另一個是平衡鼓加軸向止推軸承，由平衡鼓平衡掉大部分軸向力，剩余的軸向力由止推軸承承擔(dān)，同時軸向止推軸承對泵軸進(jìn)行軸向限位。第二種方案的關(guān)鍵是合理地設(shè)計平衡鼓，使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級、中開齒輪泵KCB33.3等產(chǎn)品，在設(shè)計時采取一些措施保證泵軸的竄量在機(jī)械密封所要求的范圍之內(nèi)?！　?br /> 　　3.2　消除軸向力偏大的措施　　
　　合理地設(shè)計軸向力平衡機(jī)構(gòu)，使之能夠真正充分地平衡掉軸向力，給機(jī)械密封創(chuàng)造一個良好的條件。對于一些電廠、石油、化工等領(lǐng)域應(yīng)用的重要產(chǎn)品，在產(chǎn)品出廠之前，必須做到臺臺試驗檢測和發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。有些重要的齒輪泵KCB33.3可以在轉(zhuǎn)子上設(shè)計一個軸向測力環(huán)，對軸向力的大小進(jìn)行隨時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時解決?！　?br /> 　　3.3　消除泵軸撓度偏大的措施　　
　　這種現(xiàn)象大多存在臥式多級齒輪泵KCB33.3中，在設(shè)計時采取以下措施：　
　　(1) 減少兩端軸承之間的距離。齒輪泵葉輪的級數(shù)不要太多，在齒輪泵KCB33.3總揚程要求較高的情況下，盡量提高每級葉輪的揚程，減少級數(shù)。　　
　　(2) 增加泵軸的直徑。在設(shè)計泵軸直徑的時候，不要簡單地僅考慮傳遞功率的大小，而要考慮機(jī)械密封、軸撓度、起動方法和有關(guān)慣性負(fù)荷、徑向力等因素。很多設(shè)計員沒有充分認(rèn)識到這一點?！　?br /> 　　(3) 提高泵軸材料的等級?！　?br /> 　　(4) 泵軸設(shè)計完成后，對泵軸的撓度要進(jìn)行校核檢驗計算?！?br /> 　　3.4　增加輔助沖洗系統(tǒng)　
　　在條件允許的情況下，盡量設(shè)計輔助沖洗系統(tǒng)。沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0107 ～011 MPa，如果輸送介質(zhì)屬于易汽化的，則應(yīng)高于汽化壓力01175～012 MPa。密封腔壓力要根據(jù)每種齒輪泵KCB33.3的結(jié)構(gòu)型式、系統(tǒng)壓力等因素來計算。軸封腔壓力很高時或者壓力幾乎接近該密封使用最高極限時，也可由密封腔引液體至低壓區(qū)，使軸封液體流動以帶走摩擦熱。
　　根據(jù)每種齒輪泵KCB33.3的操作條件，合理地配置管路和附件。如冷卻器、孔板、過濾器、閥門、流量指示器、壓力表、溫度等。實際上密封的可靠性和壽命，在很大程度上取決于密封輔助系統(tǒng)的配置?！?br /> 　　3.5　消除齒輪泵KCB33.3進(jìn)口汽蝕的措施　　
　　(1) 提高齒輪泵KCB33.3的汽蝕性能水平，滿足現(xiàn)場裝置的汽蝕性能的要求?！　?br /> 　　(2) 現(xiàn)場試驗裝置的要求要與汽蝕性能水平匹配?！?br /> 　　(3) 現(xiàn)場安裝和工況調(diào)節(jié)要給齒輪泵創(chuàng)造有利的條件?！　?br /> 　　3.6　消除齒輪泵KCB33.3振動的措施　　
　　(1) 齒輪泵KCB33.3在設(shè)計過程中，要充分分析振動的來源，以消除振動源?！　?br /> 　　(2) 齒輪泵KCB33.3的制造裝配過程中，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程去執(zhí)行，消除振動源。
　　(3) 電機(jī)、底座、現(xiàn)場管路等輔助設(shè)備在現(xiàn)場安裝時，要嚴(yán)格把關(guān)，消除振動源。
　　(4) 現(xiàn)場生產(chǎn)、操作、維修、調(diào)節(jié)時，嚴(yán)格把關(guān)，消除振動源?！?br /> 　　3.7　嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)　　
　　齒輪泵KCB33.3的設(shè)計和機(jī)械密封產(chǎn)品的設(shè)計要執(zhí)行相關(guān)的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，設(shè)計員應(yīng)認(rèn)真執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，深刻理解標(biāo)準(zhǔn)每一條內(nèi)容的具體意義，將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的要求執(zhí)行到產(chǎn)品設(shè)計過程中。到目前為止，有很多設(shè)計員還沒有理解標(biāo)準(zhǔn)的實際含義，沒有嚴(yán)格地去執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)，而是盲目地照搬照套老圖紙和老設(shè)計員的經(jīng)驗。這種作法對提高我國產(chǎn)品技術(shù)水平和進(jìn)入國際市場是非常不利的。提高標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)識，是目前機(jī)械行業(yè)設(shè)計員迫切需要解決的問題?！　?br /> 4　結(jié)束語　　
　　在設(shè)計齒輪泵KCB33.3用機(jī)械密封時，不僅要考慮機(jī)械密封本身的影響因素，而且要考慮機(jī)械密封外部的各種影響因素。在實際工作中要注意以下幾個問題：　　
　　(1) 在齒輪泵KCB33.3的設(shè)計過程中要充分考慮到齒輪泵KCB33.3其它零部件以及現(xiàn)場其它設(shè)備對機(jī)械密封的使用效果的影響，為機(jī)械密封創(chuàng)造一個良好的外部條件?！　?br /> 　　(2) 增加對機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的重要作用的認(rèn)識，盡可能配備完善的機(jī)械密封輔助系統(tǒng)，以提高密封效果。　　
  　(3) 對重要齒輪泵KCB33.3的機(jī)械密封，要增加保護(hù)措施，提高密封質(zhì)量，減少密封質(zhì)量事故。
　　(4) 分析機(jī)械密封的質(zhì)量事故的原因時，要充分考慮到齒輪泵的其它零部件對機(jī)械密封運行的影響，采取措施不斷提高機(jī)械密封的效果。