機械密封是靠一對相對運動的環(huán)的端面A相互貼合形成的微小軸向間隙起密封作用,這種裝置稱為機械密封。
機械密封通常由動環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動環(huán)和靜環(huán)的端面組成一對摩擦副,動環(huán)靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環(huán)端面上,并在兩環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔汉捅3忠粚訕O薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產(chǎn)生壓力,可使泵在不運轉(zhuǎn)狀態(tài)下,也保持端面貼合,保證密封介質(zhì)不外漏,并防止雜質(zhì)進入密封端面。密封元件起密封動環(huán)與軸的間隙B、靜環(huán)與壓蓋的間隙C的作用,同時對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件,它是與泵的其它零部件一起組合起來運行的,同時通過其基本原理可以看出,機械密封的正常運行是有條件的,例如:泵軸的竄量不能太大,否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓;機械密封處的泵軸不能有太大的撓度,否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件,再加上良好的機械密封自身性能,才能達到理想的密封效果。
機械密封的密封面要有一定的比壓,這樣才能起到密封作用,這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量,給密封端面一個推力,旋轉(zhuǎn)起來使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓,機械密封要求泵軸不能有太大的竄量,一般要保證在0.5mm以內(nèi)。但在實際設(shè)計當(dāng)中,由于設(shè)計的不合理,往往泵軸產(chǎn)生很大的竄量,對機械密封的使用是非常不利的。這種現(xiàn)象往往出現(xiàn)在多級離心泵中,尤其是在泵啟動過程中,竄量比較大。
為平衡盤方法平衡軸向力的工作原理。平衡盤工作時自動改變平衡盤與平衡環(huán)之間的軸向間隙b,從而改變平衡盤前后兩側(cè)的壓差,產(chǎn)生一個與軸向力方向相反的作用力來平衡軸向力。由于轉(zhuǎn)子竄動的慣性作用和瞬態(tài)泵工況的波動,運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)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(tài)。平衡盤在正常工作中的軸向竄量只有0105~011mm,滿足機械密封的允許軸向竄量015mm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(jīng)過長時間運行后,平衡盤與平衡環(huán)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(cè)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(cè)的機械密封,隨著平衡盤的磨損,轉(zhuǎn)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,達不到密封要求,最終使泵兩側(cè)的機械密封全部失去密封作用。
合理地設(shè)計軸向力的平衡裝置,消除軸向竄量。為了滿足這一要求,對于多級離心泵,比較理想的設(shè)計方案有兩個:一個是平衡盤加軸向止推軸承,由平衡盤平衡軸向力,由軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位; 另一個是平衡鼓加軸向止推軸承,由平衡鼓平衡掉大部分軸向力,剩余的軸向力由止推軸承承擔(dān),同時軸向止推軸承對泵軸進行軸向限位。第二種方案的關(guān)鍵是合理地設(shè)計平衡鼓,使之能夠真正平衡掉大部分軸向力。對于其它單級泵、中開泵等產(chǎn)品,在設(shè)計時采取一些措施保證泵軸的竄量在機械密封所要求的范圍之內(nèi)。