機械密封外部影響條件

      1.1　泵軸的軸向竄量大
　　機械密封的端面要有一定的比壓, 這樣才能保持較好的間隙起到密封作用,。這就要求機械密封的彈性元件要有一定的壓縮量, 能給密封端面一個作用力, 使密封端面產生密封所要求的比壓。為了保證這個比壓, 機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。但在實際現場當中, 由于設計的不合理, 往往泵軸會產生比較大的竄量, 對機械密封的使用是非常不利的。這種現象往往出現在多級離心泵中, 尤其是在泵啟動過程中, 竄量比較大。
　　平衡盤工作時自動改變平衡盤與平衡環之間的軸向間隙b, 從而改變平衡盤前后兩側的壓差, 產生一個與軸向力方向相反的作用力來平衡軸向力。由于轉子竄動的慣性作用和瞬態泵工況的波動, 運轉的轉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。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有0.05 ～0.1 mm, 滿足機械密封的允許軸向竄量0.5 mm的要求, 但平衡盤在泵啟動、停機、工況劇變時的軸向竄量可能大大超過機械密封允許的軸向竄量。
　　泵經過長時間運行后, 平衡盤與平衡環摩擦磨損, 間隙b隨著增大, 機械密封軸向竄量不斷增加。
由于軸向力的作用, 吸入側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。吐出側的機械密封, 隨著平衡盤的磨損, 轉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,密封端面打開，達不到密封要求, 最終使泵兩側的機械密封全部失去密封作用
　　1.2　軸向力偏大
　　機械密封在使用過程中，無法承受軸向力。若存在軸向力，會對機械密封造成嚴重影響。由于泵的軸向力平衡機構設計不合理，制造、安裝和使用等方面的原因，導致軸向力未能被有效抵消。當機械密封承受軸向力時，運行時密封壓蓋的溫度會升高。對于聚丙烯類介質，高溫下會發生熔融現象。因此，在泵啟動后，密封效果很快失效，而在泵靜止時，密封端面會出現間歇性噴漏的情況。
　　1.3　泵軸的撓度偏大
　　機械密封，亦稱為端面密封，是一種針對旋轉軸向的接觸式動密封方式。其工作原理基于流體介質和彈性元件的共同作用，通過確保兩個垂直于軸心線的密封端面緊密貼合并相對旋轉，以實現有效的密封。因此，保持兩個密封端面之間受力均勻是至關重要的。然而，由于泵產品的設計可能存在不合理之處，導致在泵軸運轉時，機械密封安裝處產生較大的撓度。這種撓度會使得密封面之間的受力分布不均勻，進而影響密封效果，使其不佳。
　　1.4　沒有輔助沖洗系統或輔助沖洗系統設置不合理
　　機械密封的輔助沖洗系統具有極其關鍵的作用，它能夠有效地保護密封面，實現冷卻、潤滑以及清除雜物等功能。然而，有時候設計員在配置輔助沖洗系統時可能不夠合理，導致無法達到預期的密封效果；有時即便設計人員已經設計了輔助系統，但由于沖洗液中存在雜質、流量和壓力不足、沖洗口位置設計不合理等問題，也會導致密封效果不佳。
　　1.5　振動偏大
　　機械密封振動偏大，最終可能導致失去密封效果。然而，造成機械密封振動過大的原因往往不是密封本身的問題，而是泵的其他部件存在缺陷。例如，泵軸設計不合理、加工質量差、軸承精度不足、聯軸器平行度不良以及徑向力過大等，都可能成為振動的根源。
1.6　泵汽蝕的原因
　　由于裝置系統的操作不當，加上泵進口的汽蝕性能不佳以及泵轉速過高，導致在泵入口處出現局部汽蝕現象。當汽蝕發生時，水中會產生氣泡。這些氣泡一方面會沖擊機械密封的外表面，導致其表面損壞；另一方面，還會使動靜環吻合面的流動膜中也含有氣泡，無法形成穩定的流動膜，進而引起動靜環吻合面的干摩擦，最終導致機械密封裝置的損壞。
　　1.7　機械加工精度不夠
　　在機械加工的精度問題上，存在著多種可能的原因。其中，機械密封的自身加工精度不足往往容易被察覺并受到重視。然而，有時候問題出在其他泵部件上，比如泵軸、軸套、泵體和密封腔體等，它們的加工精度不夠，這些問題則較難引起人們的注意。這些不精準的部分會極大地影響機械密封的性能，從而對整體的密封效果產生負面影響。
　　2  應采取的措施
　　2.1　消除泵軸竄量大的措施
　　為了實現軸向力的合理平衡并消除軸向位移，對于多級離心泵而言，存在兩種較為理想的設計方案。第一種方案結合了平衡盤和軸向止推軸承，其中平衡盤負責平衡軸向力，而軸向止推軸承則用于限制泵軸的軸向移動。另一種方案則是采用平衡鼓與軸向止推軸承的組合，此方案中平衡鼓承擔大部分軸向力的平衡工作，殘余的軸向力由軸向止推軸承處理，同時該軸承也對泵軸進行軸位限制。在此方案中，設計一個高效的平衡鼓是關鍵，以確保其能有效平衡掉主要的軸向力。對于單級泵和中開式泵等其他類型的泵，設計時需要采取相應措施，確保泵軸的位移量控制在機械密封所要求的范圍內。
　　2.2　消除軸向力偏大的措施: 
　　為了有效平衡軸向力并為機械密封提供優越的工作環境，需要精心設計軸向力平衡機制。在電力、石油和化工等關鍵行業使用的設備中，每一件產品在出廠前都必須經過嚴格的測試，確保能夠及時發現并修正問題。對于某些關鍵泵而言，可在轉子上增設一個軸向力測量環，以實現對軸向力的實時監控，從而保證一旦發現問題就能立即處理。
　　2.3　消除泵軸撓度偏大的措施
　　這種現象大多存在臥式多級離心泵中, 在設計時采取以下措施
　　(1) 縮短兩端軸承之間的距離。葉輪的級數不要太多, 在泵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。
　　(2) 增加泵軸的直徑。在設計泵軸直徑的時候,不要簡單地僅考慮傳遞功率的大小, 而要考慮機械密封、軸撓度、起動方法和有關慣性負荷、徑向力等因素。
　　(3) 提高泵軸材料的等級。
　　(4) 泵軸設計完成后, 對泵軸的撓度要進行校核檢驗計算。
　　2.4　增加輔助沖洗系統
　　在條件允許的情況下，應設計輔助沖洗系統。沖洗壓力通常需高于密封腔壓力0.07～0.1 MPa，若輸送介質易汽化，則需高于汽化壓力0.175～0.2 MPa。密封腔壓力的計算需考慮泵的結構型式和系統壓力等因素。當軸封腔壓力很高或接近其使用極限時，可將液體從密封腔引至低壓區，以帶走摩擦熱。推薦的沖洗量見表1。
根據泵的操作條件，合理配置管路和附件，如冷卻器、孔板、過濾器、閥門、流量指示器、壓力表及溫度計等。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的配置。
　　2.5　消除泵進口汽蝕的措施
　　(1) 提高泵的汽蝕性能水平, 滿足現場裝置的汽蝕性能的要求。
　　(2) 現場試驗裝置的要求要與泵汽蝕性能水平匹配。
　　(3) 現場安裝和工況調節要給泵創造有利的條件。
　　2.6　消除泵振動的措施
　　(1) 泵產品在設計過程中, 要充分分析振動的來源, 以消除振動源。
　　(2) 泵產品的制造裝配過程中, 嚴格按標準和操作規程去執行, 消除振動源。
　　(3) 泵、電機、底座、現場管路等輔助設備在現場安裝時, 要嚴格把關, 消除振動源。
　　(4) 現場生產、操作、維修、調節時, 嚴格把關, 消除振動源。
　　2.7　嚴格執行設計標準
　　在機械行業中，泵產品與機械密封產品的設計師需嚴格遵守國內外相關標準。設計過程中，設計師必須深入理解并貫徹標準中每一項條款的具體含義，確保這些要求被完整地體現在產品設計之中。然而，當前仍有許多設計師未能充分領悟標準的實際內涵，他們往往只是簡單模仿舊圖紙或依賴過時的經驗，這種做法嚴重阻礙了我國產品質量的提升和國際市場的競爭力。因此，加強標準化意識，準確理解和執行最新的技術規范，已成為機械行業設計師亟待解決的關鍵問題。
　　3　結束語
　　在設計泵用機械密封時, 不僅要考慮機械密封本身的影響因素, 而且要考慮機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) 在泵產品的設計過程中要充分考慮到泵其它零部件以及現場其它設備對機械密封的使用效果的影響, 為機械密封創造一個良好的外部條件。
　　(2) 增加對機械密封輔助系統的重要作用的認識, 盡可能配備完善的機械密封輔助系統, 以提高密封效果。
　　(3) 對重要泵產品的機械密封, 要增加保護措施, 提高密封質量, 減少密封質量事故。
　　(4) 分析機械密封的質量事故的原因時, 要充分考慮到泵的其它零部件對機械密封運行的影響, 采取措施不斷提高機械密封的效果。