固液兩相流泵機械密封正確選型與使用 |最新資料

由于固液兩相流中磨蝕性顆粒介質的存在，采用一般的機械密封常會構成如下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介質側顆粒堵塞。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，從而導致補償環的追隨性和浮動性下降。

③大氣側顆粒堵塞。由于常規設計的機械密封，密封面內徑和軸（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生的局部咬蝕、撕裂。它通常發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。在有顆粒介質的情況下，發生得更加嚴重；

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，應使機械密封產品盡量避免顆粒的作用，不致產生這5種失效，機械密封解決顆粒介質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部結構或采取輔助措施（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，維護機械密封良好的工作狀態。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品的情況，就應采取選擇設計出一種新型的機械密封結構，能直接用在顆粒介質中，滿足生產流程對密封的要求。

為了使機械密封達到密封可*、壽命長、結構簡單、裝拆方便、易調節、成本低的目的，具體辦法如下：

采用彈簧和輔助密封圈相結合使用。主要優點是：具有較高的彈性，且彈簧不與介質接觸，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，化學穩定性較好，還有自潤滑性，但成本較高。

根據A.I.GoLubiev（前蘇聯）等人對在磨蝕性顆粒介質中高硬度摩擦副磨損機理的研究所得出的結論，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流式，顆粒介質在密封環外側，離心力和慣性力的作用使顆粒、雜質向外運動，拋離密封面。

與一般機械密封不同，軸套與密封環之間的間隙應較大，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的空間，使密封腔的物料能流動，不堆積沉淀，并易冷卻和潤滑密封。為了減少泵內介質壓力對密封端面比壓的影響，采用平衡型機械密封結構。

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（圖1）時，為了避免顆粒雜質的危害，需根據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*性和質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（圖2）時，要求封液在密封腔內建立壓力，進行封堵、潤滑和冷卻循環。雙端面密封可*性高，但制造成本和安裝費用較高。大多數雙端面密封組對材料的選擇已標準化。在實際使用中，位于介質端的摩擦副使用硬質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。

山西鋁廠目前使用的B173-125型（圖3）機械密封的選用就考慮了以上幾個方面。其工作參數如下。

介質：含少量氫氧化鋁固體微粒

壓力：0.5MPa

轉速：480r／min

溫度：120～150℃

B173-125型機械密封是單端面、內流式機封。采用外沖洗液（圖3）。

摩擦副材料選用碳化鎢對碳化鎢。其性能參數如下。

牌號：YG6

線膨脹系數：4.5～5.0×10－6／℃

溫度范圍：-10～450℃

硬度：89.5HRA

比重：14.6～15g/cm3

抗彎強度：1421MPa

碳化鎢的特點是具有較高的硬度和強度，良好的耐磨性、耐高溫性。

該機械密封是集裝式機封，成套組裝后，放入密封腔，安裝并無特殊要求。運轉時，先將沖洗液閥門打開，再打開介質閥門，然后開機運行。由于該機械密封在選型時，綜合考慮了上述的條件，因此，使用過程中是非常簡單的，僅僅要求保證外沖洗冷卻的延續性，而且使用效果良好。

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