机械密封外部影响条件

      1.1　泵轴的轴向窜量大
　　机械密封的端面要有一定的比压, 这样才能保持较好的间隙起到密封作用,。这就要求机械密封的弹性元件要有一定的压缩量, 能给密封端面一个作用力, 使密封端面产生密封所要求的比压。为了保证这个比压, 机械密封要求泵轴不能有太大的窜量, 一般要保证在0.5 mm以内。但在实际现场当中, 由于设计的不合理, 往往泵轴会产生比较大的窜量, 对机械密封的使用是非常不利的。这种现象往往出现在多级离心泵中, 尤其是在泵启动过程中, 窜量比较大。
　　平衡盘工作时自动改变平衡盘与平衡环之间的轴向间隙b, 从而改变平衡盘前后两侧的压差, 产生一个与轴向力方向相反的作用力来平衡轴向力。由于转子窜动的惯性作用和瞬态泵工况的波动, 运转的转子不会静止在某一轴向平衡位置。平衡盘始终处在左右窜动的状态。平衡盘在正常工作中的轴向窜量只有0.05 ～0.1 mm, 满足机械密封的允许轴向窜量0.5 mm的要求, 但平衡盘在泵启动、停机、工况剧变时的轴向窜量可能大大超过机械密封允许的轴向窜量。
　　泵经过长时间运行后, 平衡盘与平衡环摩擦磨损, 间隙b随着增大, 机械密封轴向窜量不断增加。
由于轴向力的作用, 吸入侧的密封面的压紧力增加,密封面磨损加剧, 直至密封面损坏, 失去密封作用。吐出侧的机械密封, 随着平衡盘的磨损, 转子部件的轴向窜量大于密封要求的轴向窜量, 密封面的压紧力减小,密封端面打开，达不到密封要求, 最终使泵两侧的机械密封全部失去密封作用
　　1.2　轴向力偏大
　　机械密封在使用过程中，无法承受轴向力。若存在轴向力，会对机械密封造成严重影响。由于泵的轴向力平衡机构设计不合理，制造、安装和使用等方面的原因，导致轴向力未能被有效抵消。当机械密封承受轴向力时，运行时密封压盖的温度会升高。对于聚丙烯类介质，高温下会发生熔融现象。因此，在泵启动后，密封效果很快失效，而在泵静止时，密封端面会出现间歇性喷漏的情况。
　　1.3　泵轴的挠度偏大
　　机械密封，亦称为端面密封，是一种针对旋转轴向的接触式动密封方式。其工作原理基于流体介质和弹性元件的共同作用，通过确保两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合并相对旋转，以实现有效的密封。因此，保持两个密封端面之间受力均匀是至关重要的。然而，由于泵产品的设计可能存在不合理之处，导致在泵轴运转时，机械密封安装处产生较大的挠度。这种挠度会使得密封面之间的受力分布不均匀，进而影响密封效果，使其不佳。
　　1.4　没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理
　　机械密封的辅助冲洗系统具有极其关键的作用，它能够有效地保护密封面，实现冷却、润滑以及清除杂物等功能。然而，有时候设计员在配置辅助冲洗系统时可能不够合理，导致无法达到预期的密封效果；有时即便设计人员已经设计了辅助系统，但由于冲洗液中存在杂质、流量和压力不足、冲洗口位置设计不合理等问题，也会导致密封效果不佳。
　　1.5　振动偏大
　　机械密封振动偏大，最终可能导致失去密封效果。然而，造成机械密封振动过大的原因往往不是密封本身的问题，而是泵的其他部件存在缺陷。例如，泵轴设计不合理、加工质量差、轴承精度不足、联轴器平行度不良以及径向力过大等，都可能成为振动的根源。
1.6　泵汽蚀的原因
　　由于装置系统的操作不当，加上泵进口的汽蚀性能不佳以及泵转速过高，导致在泵入口处出现局部汽蚀现象。当汽蚀发生时，水中会产生气泡。这些气泡一方面会冲击机械密封的外表面，导致其表面损坏；另一方面，还会使动静环吻合面的流动膜中也含有气泡，无法形成稳定的流动膜，进而引起动静环吻合面的干摩擦，最终导致机械密封装置的损坏。
　　1.7　机械加工精度不够
　　在机械加工的精度问题上，存在着多种可能的原因。其中，机械密封的自身加工精度不足往往容易被察觉并受到重视。然而，有时候问题出在其他泵部件上，比如泵轴、轴套、泵体和密封腔体等，它们的加工精度不够，这些问题则较难引起人们的注意。这些不精准的部分会极大地影响机械密封的性能，从而对整体的密封效果产生负面影响。
　　2  应采取的措施
　　2.1　消除泵轴窜量大的措施
　　为了实现轴向力的合理平衡并消除轴向位移，对于多级离心泵而言，存在两种较为理想的设计方案。第一种方案结合了平衡盘和轴向止推轴承，其中平衡盘负责平衡轴向力，而轴向止推轴承则用于限制泵轴的轴向移动。另一种方案则是采用平衡鼓与轴向止推轴承的组合，此方案中平衡鼓承担大部分轴向力的平衡工作，残余的轴向力由轴向止推轴承处理，同时该轴承也对泵轴进行轴位限制。在此方案中，设计一个高效的平衡鼓是关键，以确保其能有效平衡掉主要的轴向力。对于单级泵和中开式泵等其他类型的泵，设计时需要采取相应措施，确保泵轴的位移量控制在机械密封所要求的范围内。
　　2.2　消除轴向力偏大的措施: 
　　为了有效平衡轴向力并为机械密封提供优越的工作环境，需要精心设计轴向力平衡机制。在电力、石油和化工等关键行业使用的设备中，每一件产品在出厂前都必须经过严格的测试，确保能够及时发现并修正问题。对于某些关键泵而言，可在转子上增设一个轴向力测量环，以实现对轴向力的实时监控，从而保证一旦发现问题就能立即处理。
　　2.3　消除泵轴挠度偏大的措施
　　这种现象大多存在卧式多级离心泵中, 在设计时采取以下措施
　　(1) 缩短两端轴承之间的距离。叶轮的级数不要太多, 在泵总扬程要求较高的情况下, 尽量提高每级叶轮的扬程, 减少级数。
　　(2) 增加泵轴的直径。在设计泵轴直径的时候,不要简单地仅考虑传递功率的大小, 而要考虑机械密封、轴挠度、起动方法和有关惯性负荷、径向力等因素。
　　(3) 提高泵轴材料的等级。
　　(4) 泵轴设计完成后, 对泵轴的挠度要进行校核检验计算。
　　2.4　增加辅助冲洗系统
　　在条件允许的情况下，应设计辅助冲洗系统。冲洗压力通常需高于密封腔压力0.07～0.1 MPa，若输送介质易汽化，则需高于汽化压力0.175～0.2 MPa。密封腔压力的计算需考虑泵的结构型式和系统压力等因素。当轴封腔压力很高或接近其使用极限时，可将液体从密封腔引至低压区，以带走摩擦热。推荐的冲洗量见表1。
根据泵的操作条件，合理配置管路和附件，如冷却器、孔板、过滤器、阀门、流量指示器、压力表及温度计等。实际上，密封的可靠性和寿命在很大程度上取决于密封辅助系统的配置。
　　2.5　消除泵进口汽蚀的措施
　　(1) 提高泵的汽蚀性能水平, 满足现场装置的汽蚀性能的要求。
　　(2) 现场试验装置的要求要与泵汽蚀性能水平匹配。
　　(3) 现场安装和工况调节要给泵创造有利的条件。
　　2.6　消除泵振动的措施
　　(1) 泵产品在设计过程中, 要充分分析振动的来源, 以消除振动源。
　　(2) 泵产品的制造装配过程中, 严格按标准和操作规程去执行, 消除振动源。
　　(3) 泵、电机、底座、现场管路等辅助设备在现场安装时, 要严格把关, 消除振动源。
　　(4) 现场生产、操作、维修、调节时, 严格把关, 消除振动源。
　　2.7　严格执行设计标准
　　在机械行业中，泵产品与机械密封产品的设计师需严格遵守国内外相关标准。设计过程中，设计师必须深入理解并贯彻标准中每一项条款的具体含义，确保这些要求被完整地体现在产品设计之中。然而，当前仍有许多设计师未能充分领悟标准的实际内涵，他们往往只是简单模仿旧图纸或依赖过时的经验，这种做法严重阻碍了我国产品质量的提升和国际市场的竞争力。因此，加强标准化意识，准确理解和执行最新的技术规范，已成为机械行业设计师亟待解决的关键问题。
　　3　结束语
　　在设计泵用机械密封时, 不仅要考虑机械密封本身的影响因素, 而且要考虑机械密封外部的各种影响因素。在实际工作中要注意以下几个问题:
　　(1) 在泵产品的设计过程中要充分考虑到泵其它零部件以及现场其它设备对机械密封的使用效果的影响, 为机械密封创造一个良好的外部条件。
　　(2) 增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识, 尽可能配备完善的机械密封辅助系统, 以提高密封效果。
　　(3) 对重要泵产品的机械密封, 要增加保护措施, 提高密封质量, 减少密封质量事故。
　　(4) 分析机械密封的质量事故的原因时, 要充分考虑到泵的其它零部件对机械密封运行的影响, 采取措施不断提高机械密封的效果。