一种离心泵轴端密封节能改造的实践应用
2021-04-11
(山东鲁泰化学有限公司 山东 272350)
1.离心泵节能改造概述
泵大致分为两大类,即正排量泵和旋转动力泵。旋转动力泵一般用于连续输送,具有较宽的流道,使固体颗粒流动平稳。离心泵是一种旋转动力泵,主要用于大量工业中的中小型泥浆输送。为了研制离心式渣浆泵,一般对传统泵的设计进行改进。这些改进包括扩大流道以容纳更大的颗粒,使用具有更小叶片数量的坚固叶轮,特殊的密封布置和适当的耐磨材料以确保更长的使用寿命。这些泵的性能和磨损特性取决于固体及其悬浮物的性能。这些泵的性能和磨损特性一般是在实验室试验台上进行研究。像大多数泵一样,离心泵转换器通常将旋转动能从发动机转换为流体中的能量。一部分能量转化为流体的动能。由于离心泵在旋转动力泵中占主导地位,因此通常将旋转动力泵称为离心泵。离心泵具有叶轮、壳体和蜗壳,用于将流体从吸入式储液器泵入排出式储液器。离心泵通常首选用于要求高流量和中压头的应用场合。与容积式泵相比,离心泵需要较少的维护。
泵轴端出泵壳时,泵轴与固定泵壳之间必须存在一定的间隙,以防止泵压较高的液体流向泵外,或防止空气侵入泵内(入口处为真空),通常在泵轴与泵壳之间安装一个轴端密封装置。根据离心泵工作和使用的特点,轴封结构也有所不同。目前用于火力发电厂泵的轴端密封包括填料密封、机械密封、迷宫密封和浮动环密封。径向轴密封,也称为唇密封,用于密封旋转元件,如轴或旋转孔。常见的例子包括支柱密封件、液压泵密封件、轴密封件、动力转向密封件和阀杆密封件。早期的径向轴密封使用生牛皮作为密封元件,今天的许多弹性密封公司曾经是制革厂。现代人造橡胶的出现取代了生牛皮,工业也增加了一个吊袜带弹簧,这有助于密封唇补偿唇磨损和弹性体材料的变化。密封件包括弹簧主封口与点接触的轴。点接触由两个角形成,空气侧角通常小于右侧角。根据密封类型,这两个角度是不同的,可以创建一个压力分布的密封接触点,由一个更陡的斜坡上的油一侧的密封。密封油坡度越浅,密封油就会越潮湿。弹簧的位置使得弹簧的轴向中心线偏向于唇接触点的空气侧。
2.离心泵节能轴端填料密封技术特征分析
(1)填料密封技术
填料密封通常用于选矿工程离心泵,将泵浦流体(渣浆)从外部环境中分离出来,特别是在工艺压力高(可能高达7MPa)、温度高(高达150℃)、固体浓度Cw超过5%、流体具有腐蚀性或这些因素结合的情况下。在理想的操作和维护条件下,密封垫的使用寿命大约为8000小时,相当于几次更换密封垫。然而,如果密封条件发生偏差,使用寿命可能会大幅度减少,通常会减少几百个小时。功能失效导致泥浆泄漏到泵的周围,可能引起二次故障,如腐蚀和轴承早期失效。与环境事故类似,如果泥浆构成化学风险,则可能造成不安全的工作场所。标准压盖密封件包括用于容纳填料的环形外壳(填料函)、用于调节填料压力的压盖追随器、用作牺牲磨损元件的轴套和用于分配压盖水的灯笼限流器或灯笼环。压盖从动件负载对填料施加轴向应力,这导致填料径向压力以指数关系从压盖动件端向湿端衰减。
(2)低摩擦力矩磁流变液轴封
传统的磁流体密封设计包含一个电压源、两个铁磁极片、磁流体和一个密封轴。磁流体位于极片和由铁磁材料制成的轴之间。磁性流体在密封区域之间形成液体屏障,因此,它通常被称为液体O形环。所述磁通量从所述第一极片流至密封轴并流至所述第二极片。磁场将磁流体保持在密封的间隙中。密封效应是由沿磁场方向取向的铁磁颗粒链提供的。典型的磁流体由铁磁颗粒、载体流体和添加剂组成。
磁流变液(MR)含有微粒子,磁流变液是由纳米颗粒组成的。这些液体具有不同的磁性、沉降稳定性或表观粘度。在这种方案中,新型低摩擦力矩磁流体密封的主要思想是基于线性流体的磁箍缩工作模式,磁流体密封的标准设计与磁夹点设计的主要区别在于磁路的布置和轴的材料。密封轴必须由非磁性材料制成。磁路几何形状必须允许磁通量从一个极片流向另一个极片,通过充满磁流体的密封区域。
3.离心泵轴端节能机械密封技术特征分析探究
在离心泵的使用过程中,如果不使用正确的密封操作和密封环境,固体百分比、浓度和颗粒大小的组合会导致磨损和密封失效。压盖填料仍然用于采矿部门,作为防止液体在泵轴周围溢出的一种手段。然而,现在许多工程师正在用机械密封代替压盖填料,以避免有问题的泄漏。最值得关注的是由于包装变质导致的过度泄漏,因为这可能导致环境损害和设备故障。压盖填料必须用干净的水冲洗以保持冷却和润滑,一个大型的传统的泥浆泵每分钟大约消耗37.8升的水来冷却和冲洗填料。
当轴封填料用于高压浆体泵时,也容易出现所谓的“泥浆流出”,即填料明显失效,几乎是瞬间失效。除了对工作人员的健康和安全影响之外,泄漏的泥浆还会将泵轴承壳切成碎片,或者在几分钟内穿透轴承壳并破坏轴承。压盖填料也需要持续地注意,因为摩擦会磨损填料,除非手动调整或重新填充到原来的泄漏率,否则会增加泄漏率。无论是谁安装压盖填料,都必须确保他们在轴上施加正确数量的压力,以创建一个充分的密封。太大的压力会导致轴或套筒磨损,泵将需要更多的驱动力来转动轴,而不足的压力导致过多的液体泄漏。机械密封是在流体压力和补偿机构的弹性力的作用下,它由精密部件组成,是一种性能较好的密封设备,用于高温、高压、高速、强腐蚀等恶劣工况,在化工、炼油泵中广泛应用。有动环密封圈,静环密封圈,密封面不密封。动环密封圈和静环密封圈均为静密封圈。密封面由具有良好润滑性和耐磨性的材料制成。表面光洁度和平整度很高,一般处于边界润滑和半流体润滑状态,机械密封具有密封性能好、使用寿命长、摩擦功率消耗低、具有缓冲功能的轴或套筒与机械密封活动环之间不相互移动、无磨损、减少零件消耗的优点。机械密封虽然具有许多优点,但克服了填料密封的不足。但其结构复杂、更换和故障排除不方便、制造成本高等特点限制了其应用。填料密封的优点也克服了机械密封的这些缺点,因此,机械密封非吞噬性密封有其自身的优点和缺点。在选择泵轴密封形式时,应根据离心泵的工作条件和特点,按照经济适用的原则合理选择。
非接触式机械密封自20世纪70年代约翰·克莱恩公司提出螺旋槽气体密封以来,发展迅速。目前,干气密封和上游泵送机械密封作为其典型形式,广泛应用于石油、化工、电力、冶金等行业,为离心式压缩机、离心泵等设备提供服务。为了提高其密封性能,人们进行了大量的理论和实验研究,主要集中在优化槽形、尺寸和布置。有研究学者利用FVM方法分析了五种螺旋槽上游泵送机械密封在不同工况下的密封性能。结果表明,在相同泄漏量的情况下,环向扩张型2阶梯深螺旋槽的开启力较大,稳定性较好,其性能优于其它深螺旋槽。并且相继对螺旋槽气体密封进行了参数化研究,提出了螺旋槽槽数、螺旋槽角、槽宽比、密封坝宽度等几何参数,以保证较大的静刚度和阻尼力系数,同时保证较低的泄漏率。干气密封和上游泵送机械密封都是利用密封环的相对旋转将密封介质泵入密封环内,形成流体动压楔块。在槽根部产生开启力,减少磨损,延长密封面的使用寿命。另一方面,密封环的间隙由于产生的开启力而增大,导致泄漏率的不可预期地增加。特别是对于上游泵送机械密封,密封腔内的介质可能会受到来自低压侧的缓冲液的污染。
本文提到的机械密封方式将工作面定义为将密封介质加速到高速的螺旋槽侧面,另一侧相应地定义为非工作面。由于离心效应,介质沿工作面切向流向旋转环外径,被泵入密封腔。换句话说,介质不是像传统密封那样被泵入槽中,而是从槽中泵出。在从槽根到出口的流动过程中,介质的速度随槽截面积的增大而减小,从而压力能增大,有利于密封面的分离。由于沟槽形成的高压区和封堵坝带来的阻力,可以有效地封堵介质。另一方面,当介质流出时,在槽根部形成低压区,由于压差的存在,密封腔内的介质通过圆形通道被吸入槽中。然后通过工作面将介质加速至高速,再像以前一样泵入密封腔。循环继续作为密封圈的旋转,其中介质泵入和泵出顺序在一个自发的方式。
4.结束语
综上所述,本文将离心泵轴填料密封改造为机械密封(1g*50),长期运行,泵机械密封运行无需调整,静环与动环紧密接触,实现少量泄漏,甚至肉眼看不到泄漏,这种密封方法大大减少了介质的泄漏损失,机械密封的连续使用寿命可长达5-8年,降低了设备维护成本和检修工作量;填料密封与轴直接摩擦时,机械密封处于半液态摩擦状态,摩擦系数很小,与填料密封的功率损失为填料密封的10%-50%相比,通过将水泵轴端填料密封改造为机械密封,达到了节能降耗的目的。