于固液兩相流中磨蝕性顆粒介質(zhì)的存在,采用一般的機械密封常會構(gòu)成如下5種危害:
①密封端面的加劇磨損。密封面之間因顆粒泄漏進入端面,起著磨料作用,加速了密封面的磨損。
②介質(zhì)側(cè)顆粒堵塞。由于顆粒的堆積,架橋,阻礙了彈簧、銷和輔助密封封圈的運動,從而導致補償環(huán)的追隨性和浮動性下降。
③大氣側(cè)顆粒堵塞。由于常規(guī)設計的機械密封,密封面內(nèi)徑和軸(或軸套)之間的間隙較小,泄漏的固體顆粒不能及時排出,易堆積、阻塞,阻礙了輔助密封圈的運動,從而導致密封失敗。
④磨蝕。指密封元件表面由于受到磨蝕性顆粒的作用而產(chǎn)生的局部咬蝕、撕裂。它通常發(fā)生在使用較軟的鋼材或石墨材料時,由于沖洗水或封液的沖擊而造成的。在有顆粒介質(zhì)的情況下,發(fā)生得更加嚴重;
⑤傳動元件的磨損。由于傳動銷這些元件處于顆粒介質(zhì)中,運動時由于顆粒的研磨作用加劇了元件本身的磨損。
在選型時,應使機械密封產(chǎn)品盡量避免顆粒的作用,不致產(chǎn)生這5種失效,機械密封解決顆粒介質(zhì)作用的問題有兩大途徑:一是對機械密封設置一些附加的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或采取輔助措施(如螺旋密封、唇封、封液、沖洗水、水箱或油箱建立液障防止顆粒堆積等),或者外部裝置(如旋流固液分離器、磁濾器等),盡量避免上述5種失效出現(xiàn),維護機械密封良好的工作狀態(tài)。這種途徑對于比較重要的場合,重要的設備可以使用。但對于由于空間受到限制,或者由于輔助設施耗費太高,以及由于有些場合,物料不允許有封液或沖洗水進入產(chǎn)品的情況,就應采取選擇設計出一種新型的機械密封結(jié)構(gòu),能直接用在顆粒介質(zhì)中,滿足生產(chǎn)流程對密封的要求。
為了使機械密封達到密封可靠、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、易調(diào)節(jié)、成本低的目的,具體辦法如下:
采用彈簧和輔助密封圈相結(jié)合使用。主要優(yōu)點是:具有較高的彈性,且彈簧不與介質(zhì)接觸,避免了易受顆粒堵塞的問題。
為了保證摩擦副在顆粒介質(zhì)中具有耐磨損和耐磨蝕的目的,摩擦副材料的硬度必須高于磨粒的硬度。通常可選用硬對硬組對,材質(zhì)可為碳化鎢或碳化硅。與碳化鎢相比,碳化硅具有更高的硬度,更好的導熱率,化學穩(wěn)定性較好,還有自潤滑性,但成本較高。
根據(jù)A.I.GoLubiev(前蘇聯(lián))等人對在磨蝕性顆粒介質(zhì)中高硬度摩擦副磨損機理的研究所得出的結(jié)論,摩擦副寬度應比一般機械密封的寬,以獲得較高的使用壽命。動、靜環(huán)的寬度相等,有利于防止顆粒對密封端面的磨損,同時,有足夠的面積,以避免大的失配。因此,能夠適應比一般機械密封端面大得多的徑向和軸向跳動。
混流泵用機械密封應設計為內(nèi)流式,顆粒介質(zhì)在密封環(huán)外側(cè),離心力和慣性力的作用使顆粒、雜質(zhì)向外運動,拋離密封面。
與一般機械密封不同,軸套與密封環(huán)之間的間隙應較大,當有物料泄漏時,能及時排出,避免顆粒的堆積和阻塞。密封腔的設計必須有適當?shù)目臻g,使密封腔的物料能流動,不堆積沉淀,并易冷卻和潤滑密封。為了減少泵內(nèi)介質(zhì)壓力對密封端面比壓的影響,采用平衡型機械密封結(jié)構(gòu)。
端面比壓是影響密封性能和使用壽命的最重要因素之一。為了防止顆粒介質(zhì)進入密封端面,泄漏量增大,端面磨損加劇,導致密封的失效,應使端面比壓比一般的要大些。但端面比壓過大,將造成摩擦面發(fā)熱和磨損加劇,功率消耗增加。設計時,端面比壓為0.3MPa左右。
采用單端面機械密封時,為了避免顆粒雜質(zhì)的危害,需根據(jù)不同情況分別采取沖洗、過濾、分離、隔離、保溫和加熱等措施。沖洗液的可靠性和質(zhì)量是密封成敗的關鍵。若從外部注入清潔沖洗液,密封的工作環(huán)境可得到改善,但必須損耗沖洗液,而且,其先決條件是所輸送的液體允許被沖洗液微量稀釋。
采用雙端面機械密封時,要求封液在密封腔內(nèi)建立壓力,進行封堵、潤滑和冷卻循環(huán)。雙端面密封可靠性高,但制造成本和安裝費用較高。大多數(shù)雙端面密封組對材料的選擇已標準化。在實際使用中,位于介質(zhì)端的摩擦副使用硬質(zhì)合金組對或碳化硅組對;位于大氣端的選用碳石墨與鎳鉻鋼組對。
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