辐射进料泵机械密封的设计及应用

　　集成式单端面密封

　　辐射进料泵输送的介质温度一般在 340～450℃,介质里含有焦粉等硬质颗粒。目前国内大部分辐射进料泵的密封采用集成式单端面密封,如图 1所示,即静止式焊接金属波纹管密封结构,密封的动环、静环分别与轴套和压盖采用法兰式螺钉紧固连接,动、静环的辅助密封采用平垫。

　　集成式单端面密封结构的特点:

　　(1)密封的旋转和静止部分预装成一体,密封工作的压缩量已经设定,无需安装时进行压缩量的测量和调整。

　　(2)与旋转波纹管密封相比,可以较大限度地克服由于泵轴与端盖倾斜所带来的波纹管密封在工作旋转时产生的振动。

　　(3)安装时密封整体套装在泵轴上,上紧压盖螺栓,紧定螺钉固定在轴上,拆除集装定位片,机械密封就可以处于工作状态,安装快捷和保证装配质量。

　　(4)在安装或泵启动以前保护密封面不受杂物污染,方便运输。

　　(5)设备预热后由于热膨胀引起的尺寸不合适可以进行调整。

　　辐射进料泵输送的介质粘度大、温度较高,应该设置冲洗和冷却系统。单端面辐射进料泵密封为了保证使用效果,一般采用 API方案 PLAN32+62。

　　实质上冲洗是直接冷却的办法,目的在于带走热量、降低密封腔温度,是防止液膜气化,改善密封的润滑条件,防止密封干运转、杂质集积和形成气囊。冲洗是一种控制温度、延长机械密封寿命的有效措施[3]。PLAN32是指外来的冲洗液注入到密封腔内进行冲洗,即外冲洗。

　　对外冲洗液的要求:

　　(1)外冲洗液应清洁并与输送介质相容,不污染输送介质,不与输送介质起不良反应,尽可能选用有润滑性和腐蚀性弱且价格不贵的液体。

　　(2)外冲洗液压力应比密封腔压力大,密封腔的压力尽量可能为正值,其差值应小于0.5MPa,一般差值在 0.05～0.1 MPa。

　　如果空间尺寸允许,尽量设置多点冲洗。多点冲洗液沿密封面圆周均匀分布,从而避免局部温度变形,而且对着缝隙,动环转动也可避免形成冲蚀。对于冲洗量,理论上讲冲洗量是按密封装置的热平衡原理计算确定。由产生的热量减去散失的热量,两者的差值应是冲洗带走的热量。由于计算有很多数据是选取的,计算的结果有很大差异[4、5]。在相关文献中,通过长期的实践和经验给定了冲洗量的确定方法和冲洗量的大小(冲洗量大小见表 1)。其中尤其强调对易挥发或温度较高的介质冲洗量要适当大一些[5]。在实际应用中,辐射进料泵的密封外冲洗液一般采用80～120℃的蜡油。辐射进料泵的轴径一般在 φ70～φ90mm之间。

　　辐射进料泵的密封应设置急冷,即 PLAN62。急冷是从外部对密封端面的大气侧引入急冷液,直接从静环的背面进行冷却。由于冷却方式直接,其冷却效果良好,能够迅速的冷却静环,带走密封端面的热量,所以又称背冷,通常推荐急冷液为水或蒸汽。在空间允许的情况下,可以在压盖上加装折流套,这样可以使冷却液与密封件充分的接触,冷却效果更好。采用水做为急冷液,首先要考虑结垢的问题,防止由于水的硬度过高产生水垢,沉积在弹性元件内,失去补偿能力而密封失效。热油泵采用蒸汽作急冷液,一方面可以冷却密封面,同时降温不是很大,密封端面的内外温差小,相应的端面产生的热变形也小。另外,蒸汽流可以防止密封面的凝固并沿途把渗漏在密封端面附近的介质带走。

　　急冷通常设置在机械密封的压盖上,并且在密封压盖处安装节流衬圈,以防止采用了急冷措施的密封泄露处的水份或蒸汽进入轴承座而污染润滑油,并较大限度地保持住急冷液。密封失效时,节流衬圈应能保持住压力减小泄露,以防止压力瞬时泄掉。节流衬圈一般情况下分固定式和浮动式 2种,固定节流衬圈与轴套的间隙通常要比浮动石墨节流衬圈与轴套的间隙要大一些,所以它的保持压力的性能相对差一些。在使用蒸汽做急冷液时,首先推荐采用浮动石墨节流衬圈。

　　对于密封腔带有水冷夹套的,也可以在泵工作时采用水冷。采用夹套冷却对于降低密封腔的温度是非常直接的,只是要注意水冷夹套可能会因水垢填塞而降低或失去降温功能。在拆解泵体时,发现水垢填塞,应采用酸洗恢复。

　　无论是外冲洗还是急冷或夹套冷却,都应是在开泵前接通,停车以后切断。而且不应在泵运行中频繁调整外冲洗、急冷液的大小。应保证密封的工作环境温度低于 260℃。

　　对于采用外冲洗的辐射进料泵的机械密封端面一般采用浸锑石墨与碳化钨配对,波纹管材料采用哈 -C、AM350、Inconel718。

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