以机械密封替代泵中的压缩填料

来源:荣格

发布时间:2018年11月5日上午 09:11:08

机械密封技术可替代离心泵中的压缩填料,以节约用水、提高能源效率并使环境影响最小化。
所有工业部门的产品和工艺的环境性能都受到日益严格的检查,其中可持续性、节约自然资源和减少环境污染直接影响着设备的设计和选择。许多工业工艺可以提高可持续性、用水和能源效率,以及尽量减少环境影响,同时保持或降低运营成本。实施节水、节能和环保的工艺和技术应当作为优先事项,应用于组件、工艺和系统层面。
以机械密封替代泵中的压缩填料
 
这些工艺包括执行关键任务的旋转设备,特别是离心泵。在大多数工业制造和加工操作中,离心泵都在设备中占到很大比例。离心泵的重要组成部分之一是围绕通过固定压力壳体或外罩的旋转轴的密封件。密封件使液体或气体不会泄漏到环境中。
 
密封系统在维持泵的效率、可靠性、能耗、用水和控制环境排放方面至关重要。这些因素可以显著促进加工工厂实现全寿命周期成本降低和可持续性目标。为了达到这些目的,在大多数离心泵应用中,通过将传统压缩填料升级到机械密封技术,可以提高密封性能。
 
压缩填料
密封离心泵的目的是让旋转轴进入泵的润湿区域,不出现大量加压流体逸出。泵的排出压力将迫使流体回到叶轮后面,在那儿通过旋转驱动轴排出。为了最大限度地减少这种泄漏,在轴和泵壳之间需要一个密封件,该密封件既能控制被泵送过程中的压力,又能承受由轴的旋转引起的摩擦。
 
采用压缩填料来密封离心泵的传统可以追溯到100多年前,也称为压盖填料,它是一种润滑的绳状编织材料,在填料箱内呈环形,被压实在轴的周围,以物理方式填塞轴与泵壳之间的间隙。
 
水的泄漏与消耗
为使压缩填料正常工作,必须保持一定的泄漏来润滑并冷却填充材料。因此,填料环允许存在平行于轴的轴线的、可调节的细微泄漏路径。但是,随着填料在使用中老化,一些嵌入到填料中的润滑剂会耗损,从而使填料环的体积缩小。将环挤压在一起的压力也会减小,从而使泄漏量增大。
 
定期调整填料从动件将使压力恢复到规范水平,并控制过高的泄漏。但是,随着维护活动的增加,并不总是能按规定的时间间隔进行或是调整得当。由于采用压缩填料的离心泵数量已经减少,对填料维护的培训和理解也已经大不如前。
 
因此, 在离心泵的维护中,填料环过松和过紧的问题日益普遍和严重,对水耗和能耗都存在重大影响。
 
填料环过松会导致泄露过大。经过适当调整, 填料泄漏量可能达到每分钟泄漏数加仑液体的水平。泄露的可能是由各种良性或腐蚀性化学成分组成的水溶液, 也可以是悬浮液或浆料中的颗粒, 具体取决于正在处理的物质而定。
 
在泵送液体中悬浮液或浆料的含量越高,使填料可靠工作所需的水就越多。通常,清洁的外部冲洗液流通过套环经管道进入填料箱,使填料保持润滑、冷却并冲掉磨料和化学品。
 
通常,一部分泄漏会被持续释放到大气中。填料环过松和外部冲洗水流的使用,成比例地增加了向大气中的释放量,同时还会产生潜在的环境影响。
 
摩擦与附加能量消耗
由于填料环与轴接触的表面积大,在使用压缩填料的离心泵中总存在摩擦。填料环过紧会限制泄漏液流,增加填料和轴之间的摩擦,并产生过热,使填料退化。增加的摩擦力也会使轴过早磨损。
 
从能量消耗的角度来看,夹持轴的填料所承受的附加摩擦会产生更高的阻力,需要更高的驱动力来转动轴。阻力会产生额外的、且显著的附加能量消耗。这种摩擦引起的能量消耗对于评估压缩填料的能量效率是至关重要的。
 
这并不是影响压缩填料能耗的唯一因素。在检查与离心泵中压缩填料使用相关的全寿命周期成本分析中,考察能量消耗组成时,还需要考虑其它因素。首先,通过管道输送到填料箱中的外部冲洗用加压水或流体,需要从来源位置移动到填料,这就必须使用消耗电能的泵。其次,在像采矿这种普遍使用压缩填料的应用中,通过填料冲洗以保持填料周围环境清洁所添加的水稍后必须去除,这也必须耗能,通常是通过沸腾方式。再次,泵的热吸收,即从泵的热金属体传递到填料腔内流体的能量,也需要加以考虑。
 
这些能量消耗通常不能直接测量得到。相反,泵电机所使用的电流和电压的波动是在不同的操作条件下评估的,以确定附加影响消耗了多少功率,从而识别填料能量的不足。
以机械密封替代泵中的压缩填料
机械密封
机械密封是对压缩填料的一种替代方案,它解决了许多压缩填料所固有的可持续发展和环境问题。机械密封的水和能源消耗较低,大大降低了泄漏,使它们能更有效地容纳挥发性的或有害液体、水溶液和浆料悬浮液。机械密封一经安装就无需维护。
 
“机械密封消耗的水和能源较低,大大降低了泄漏,因此能更有效地容纳挥发性的或有害液体、水溶液和浆料悬浮液。”
 
机械密封由固定在泵壳内的固定基本元件和固定在轴上的旋转配合元件组成。经过精密加工,这两个组件通过柔性负载元件压合在一起,在磨合面处相遇,而两个元件之间极高的公差精度可使泄漏最小化。磨合面支撑在极薄的润滑膜上,通常厚度为0.25微米(9.8微英寸)。
 
目前,大多数离心泵均采用机械密封,有各种不同的类型、布局和材质。
 
耗水量和渗漏量最小化
机械密封只需要很少的冲洗水流注入密封腔。用于磨蚀性介质泵送应用的压缩填料需要大量的水注入填料箱。对于同一服务,机械密封只需要一小部分的水量。
 
机械密封在两个滑动密封面之间产生垂直于轴轴线的极其受限的泄漏路径,因而几乎不发生到大气中的泄漏。
 
降低功耗
与压缩填料相比,驱动机械密封所需的功率低80%,主要是因为固定元件和旋转元件之间配合极其精密,因而密封面之间的摩擦能量损失较小。额外功耗减少,降低了对泵送到密封件中的冲洗水的需要。
 
双机械密封
为了确保最大的密封安全性,双机械密封通常被确定为包含一对密封件的单个组件。在组件内的两个密封件之间形成空腔,以阻隔材料或缓冲液填充,将泵送的液体与大气和环境分离。
 
依靠双机械密封,可对密封运行环境以及得到流体膜润滑的密封面进行近乎完全的控制。它们可最大限度地消除离心泵所处理的流体的泄漏。
 
环境影响
为提高制造过程的可持续性而作的种种努力,无论是通过减少水和能源消耗,还是通过消除有害流体和气体的排放,都会通过减少环境影响而给环境带来好处,并且也会通过降低运营成本而给制造商带来便利。
 
离心泵中的机械密封,特别是双机械密封,非常适合于减少甚至消除挥发性或有害流体及其有害蒸汽逸出到环境中。它们应被指定为标准密封解决方案,特别是当泵送流体存在安全、健康或环境危害时。
 
作者:Mark Savage,史密斯集团成员 John Crane Inc.产品群经理,负责泵、压缩机和旋转机械用金属波纹管密封件的应用、设计和开发。在密封行业工作了24年,并参与开发轴封及其支持系统的最佳实践。Savage拥有澳大利亚悉尼大学的(机械)工程学学士学位,是流体密封协会成员、机械密封部门副主席、机械密封技术委员会主席、政府关系委员会副主席、NACE国际及摩擦学与润滑工程师协会(STLE)成员。编写了关于通过机械密封和支撑系统及其应用减少对环境影响的文件。

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