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泵軸封裝置技術(shù)環(huán)保新動(dòng)向

2025China.cn   2009年04月27日
　　目前，世界范圍內(nèi)，各國政府和民眾日益增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)促使實(shí)施更全面環(huán)境法規(guī)，這對(duì)使用泵各個(gè)工業(yè)部門產(chǎn)生了巨大沖擊。美國，聯(lián)邦凈化空氣法規(guī)1990年修正案要求環(huán)保局（EPA）對(duì)189種揮發(fā)性有機(jī)物和454種揮發(fā)性危害空氣污染物實(shí)施更具體析出物限制。煉廠和化工廠流程泵所輸送許多液體都被認(rèn)為是上述析出物主要來源。泵泄漏問題越來越引起人們重視。改善有密封泵軸封裝置是減少泵泄漏重要途徑。 
    　1.泵軸封技術(shù)概況 
    　近年來,世界泵業(yè)密封技術(shù)研究和開發(fā)方面所取成就十分顯著，主新密封技術(shù)、密封產(chǎn)品和密封系統(tǒng)三個(gè)方面有了很大進(jìn)展。 
    　填料密封作為泵傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)，其有一定量泄漏和高速下效果差等問題，使用領(lǐng)域日益縮小。但近年來石棉繩逐步淘汰，填料密封技術(shù)方面也取了一些新進(jìn)展。例如，壓縮填料密封目前整個(gè)英國工業(yè)領(lǐng)域正顯示其強(qiáng)大生命力。這類合成纖維、陶瓷以及聚四氟乙烯等材料制成低磨擦壓縮填料比石棉填料具有更好化學(xué)適應(yīng)性、耐磨能力、耐高溫以及更長使用壽命，價(jià)格高。 
    　目前，機(jī)械密封泵用密封市場(chǎng)上占據(jù)份額越來越大，各種新設(shè)計(jì)機(jī)械密封對(duì)市場(chǎng)份額增長起了很大作用。最為突出是集裝式密封。這種密封易于安裝和維護(hù)，又安全可靠，但價(jià)格相當(dāng)昂貴。另一種引人注目機(jī)械密封是剖分式密封，這種密封不需拆卸泵就可以進(jìn)行更換。再有就是熱流體動(dòng)壓密封、備用密封以及不對(duì)稱成型金屬波紋管密封等新結(jié)構(gòu)。此外，串聯(lián)式密封和雙端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與一種沖洗系統(tǒng)配合使用時(shí)，防止了危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏并允許輸送磨蝕性介質(zhì)。預(yù)計(jì)今后機(jī)械密封發(fā)展很可能集中采用“上游式泵送密封”和“磁性流體密封”類似技術(shù)來提高密封系統(tǒng)功能完整性?！吧嫌问奖盟兔芊狻笔且环N利用各種密封面流槽將密封面低壓側(cè)（下游）少量泄漏流體泵送回高壓側(cè)（上游）新概念。而“磁性流體密封”是從航天工業(yè)項(xiàng)目中派生新技術(shù)，具有無泄漏和不磨損特點(diǎn)。 
    　2.上游式泵送密封 
    　“上游式泵送密封”是一種利用各種密封面流槽將密封面低壓側(cè)（下游）少量泄漏流體泵送回高壓側(cè)（上游）新概念。它是串聯(lián)密封和雙端面密封之間一種混合結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)和工作原理上，看上去像是一種兩個(gè)端面之間具有一種低壓阻擋液備用端面密封結(jié)構(gòu)。功能方面，它起雙端面密封作用。主密封中泵送機(jī)理是這樣：密封中產(chǎn)生壓力從低壓阻擋區(qū)到高壓介質(zhì)端形成微弱泵送能力。普通型端面主密封由一種小容量高壓“泵”—上游式泵送密封所取代。這種“泵”將少量阻擋液通常由機(jī)械密封密閉通路推進(jìn)，送入密封腔內(nèi)。密封腔所處壓力高于阻擋液，這種密封被看作是向上游進(jìn)行泵送。上游式泵送密封可以適用于有毒和危險(xiǎn)介質(zhì)、磨料性介質(zhì)和渣漿、潤滑性差各種介質(zhì)以及高PV值場(chǎng)合。符號(hào)PV是密封制造商和用戶常用表達(dá)式，用來表示給定液體中端面材料組合壓力—速度極限。高速泵通常屬于高PV值使用條件，雙端面密封需要較高緩沖液壓力，采用雙端面密封會(huì)使情況變更壞。長期以來，高速泵工業(yè)一直受到高PV值困擾。上游式泵送密封基本上是非接觸運(yùn)行，完全消PV值分量。不需要比密封腔壓力高阻擋液壓力，上游式泵送密封為高速泵工業(yè)擺脫困境提供了一條有效途徑。 
    　上游式泵送密封原理是動(dòng)水壓力和靜水壓力相平衡。有卡環(huán)、彈簧和主密封環(huán)密封端是靜止部件，與之相配轉(zhuǎn)動(dòng)密封環(huán)上有螺旋槽。槽型是一系列凹進(jìn)對(duì)數(shù)螺線。螺旋槽外圈未開槽部分稱作密封壩。當(dāng)施加壓力時(shí)，密封面上產(chǎn)生是靜水壓力，當(dāng)配對(duì)密封環(huán)靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生這種力。動(dòng)水壓力只轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺旋槽起到?jīng)Q定性作用，它可以充當(dāng)一個(gè)壓力形成裝置。當(dāng)阻擋液進(jìn)入螺旋槽中時(shí)，就被引到外徑處，此處受到密封壩阻力。壓力增大使撓性安裝端面能夠竄動(dòng)，調(diào)整密封間隙。一種“泵－節(jié)流閥”原理起作用，形成了非接觸運(yùn)行方式，同時(shí)使被抽送液體從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)?？刂泼芊膺\(yùn)行力是軸向。張開力是螺旋槽產(chǎn)生壓力與端面兩側(cè)壓力降之和，而閉合力是作用端面后部系統(tǒng)壓力與彈簧力之和。受到干擾而使密封間隙縮小，液膜內(nèi)力就會(huì)明顯增大。同樣，密封間隙增大，那么液膜內(nèi)力就會(huì)減小。這兩種情況下，原來間隙很快會(huì)重新恢復(fù)。與單純靜壓型密封不同是，上游式泵送密封既有動(dòng)壓又有靜壓，與轉(zhuǎn)速和壓力都有關(guān)。而靜壓型密封是壓力形成密封間隙，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 
   　 3.磁性流體密封 
    　“磁性流體密封”是一個(gè)來自美國航天局空間項(xiàng)目典型派生技術(shù)，至今已有三十多年歷史。最初開發(fā)用于外層空間失重條件下推動(dòng)火箭燃料，這種利用磁力來控制流體技術(shù)已經(jīng)被有關(guān)工程技術(shù)人員推廣應(yīng)用到面上。磁性流體主要由三個(gè)部分構(gòu)成：載流體（通常為低蒸汽壓碳?xì)浠衔锾挤衔铮?、表面活化劑（一種化學(xué)粘結(jié)劑）和磁性顆粒（極小磁鐵礦球）。表面活化劑將磁性顆粒粘結(jié)到載流體中使之成為膠態(tài)懸浮體，產(chǎn)生相應(yīng)流體磁性。過去三十年中，這種簡(jiǎn)單密封原理已應(yīng)用眾多結(jié)構(gòu)中，有無數(shù)磁性流體密封運(yùn)行。它能夠?qū)φ婵栈剞D(zhuǎn)裝置軸進(jìn)行密封。這類裝置遍及半導(dǎo)體和真空工業(yè)中，上述工業(yè)依靠磁性流體密封無泄漏、不磨損特點(diǎn)來提供恒定質(zhì)量。計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器行業(yè)已經(jīng)安裝了數(shù)百萬磁性流體密封，用作驅(qū)動(dòng)器電機(jī)和精密存儲(chǔ)裝置之間隔離密封。這種密封優(yōu)勢(shì)就：較低安裝成本和可靠使用壽命。 
    　磁性流體密封主要部件包括一種磁性流體、一個(gè)磁鐵環(huán)、二個(gè)磁極片和一個(gè)可導(dǎo)磁軸或軸套。由固定極片和轉(zhuǎn)動(dòng)軸形成磁回路極性將磁通量集中極片下徑向間隙內(nèi)。當(dāng)將一種磁性流體加到徑向間隙時(shí)，它就呈現(xiàn)“液態(tài)O形環(huán)”形式，軸四周形成一個(gè)無泄漏密封。所有磁性流體密封均具有下列固有特性：無需外部動(dòng)力；不產(chǎn)生接觸，無磨損；軸靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)無泄漏；長而可靠使用壽命；低轉(zhuǎn)矩和最小能耗。磁性流體密封還具有獨(dú)特自行恢復(fù)特點(diǎn)。當(dāng)過高壓力磁性密封時(shí)，密封區(qū)域內(nèi)短時(shí)間過高壓力會(huì)使一部分磁性流體瞬時(shí)從軸四周排出，超壓狀態(tài)期間，磁性流體保持封閉密封體內(nèi)，當(dāng)干擾狀態(tài)結(jié)束后，仍以原壓力重新形成密封。 
    　專門為泵設(shè)計(jì)基于磁性流體密封技術(shù)新型輔助集裝式密封,是目前泵制造廠和用戶可以替代磁力驅(qū)動(dòng)泵和復(fù)雜雙重密封系統(tǒng)一種經(jīng)濟(jì)有效密封方法，它易于現(xiàn)有泵上重新改裝。用這種充分驗(yàn)證技術(shù)密封泵可以滿足最嚴(yán)格析出物控制條例。磁性流體集裝式密封是一種輔助二次密封，它與主機(jī)械密封相結(jié)合，形成一個(gè)揮發(fā)性有機(jī)物保護(hù)系統(tǒng)。由磁性結(jié)構(gòu)和磁性流體形成“液體O形環(huán)”防止了主密封蒸汽泄漏逸出，泵軸周圍形成一個(gè)密閉式密封。 
    　數(shù)年生產(chǎn)運(yùn)行之后，泵用戶一致認(rèn)為磁性流體密封具有下列優(yōu)點(diǎn)：對(duì)現(xiàn)有泵可以進(jìn)行簡(jiǎn)單重裝改進(jìn)；靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種條件下泄漏為零；較低安裝和使用成本；儀器儀表簡(jiǎn)單，便于監(jiān)控；能夠原位重新裝填和測(cè)定壓力；檢修要求低；無阻擋液或復(fù)雜密封輔助系統(tǒng)；無磨損件，維護(hù)明顯減少。 
    　基本泵用集裝式密封結(jié)構(gòu)是整個(gè)泵工業(yè)通用驗(yàn)收要求設(shè)計(jì)。裝有可選用冷卻裝置（適用于高溫裝置）可選用氣體凈化系統(tǒng)（保護(hù)密封元件免受環(huán)境腐蝕），集裝式密封可以應(yīng)用于更廣泛領(lǐng)域。這種密封技術(shù)還有獨(dú)特準(zhǔn)確監(jiān)控主密封性能能力，能嚴(yán)重事故發(fā)生前預(yù)測(cè)故障或識(shí)別問題。二次磁性流體密封攔截了全部主密封蒸汽泄漏，一個(gè)簡(jiǎn)單流量計(jì)就可準(zhǔn)確監(jiān)控主密封，泄漏過大時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。正研究新進(jìn)展包括裝集裝盒內(nèi)一種整體高壓液體密封。這種密封主機(jī)械密封嚴(yán)重失效時(shí)將充當(dāng)一個(gè)安全裝置。另一項(xiàng)研究計(jì)劃是開發(fā)一種返回到泵吸入側(cè)獨(dú)特方法，主密封逸出蒸汽和微小液體泄漏量可以由二次集裝式密封封閉。這樣就可以取消火炬或其它排放裝置最終形成一個(gè)閉式揮發(fā)性有機(jī)物回收系統(tǒng)。 
    　磁性流體密封技術(shù)密封泵泄漏析出物早已證明是100%有效。流程工業(yè)設(shè)計(jì)人員和用戶對(duì)這種技術(shù)逐漸認(rèn)識(shí)和了解，這種密封技術(shù)使用范圍將日益擴(kuò)大。它很有可能成為未來工業(yè)界迎接環(huán)境密封挑戰(zhàn)一種經(jīng)濟(jì)有效方式。 
   　 國內(nèi)，國人環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，環(huán)保法規(guī)不夠健全，再加上執(zhí)行力度夠，人們對(duì)泵泄漏問題普遍重視不足。使國內(nèi)泵制造廠對(duì)如何最大限度減少泵（尤其是工業(yè)用泵）泄漏研究投入很少。致使國產(chǎn)泵軸封裝置研制、開發(fā)水平與國際先進(jìn)水平相比有較大差距。我國加入WTO，以及最近五年優(yōu)先發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略方針提出，可以預(yù)見，大力改善泵軸封裝置，減少泵泄漏量將會(huì)成為今后我國工業(yè)用泵一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

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