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高温离心泵机械密封对高温介质使用要求

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人气:-发表时间:2020-09-19 08:43【

离心泵采用机械密封形式很普遍,离心泵在输送高温介质时,机械密封的选用及要求有什么不同,常见的有单端面机封和双端面水冷机封,以炼油行业为例,目前,国内外高温热油泵普遍采用接触式波纹管单端面机械密封,国产波纹管机械密封的使用寿命平均一年左右,进口波纹管机械密封可达两年以上,但基木上必须采用各种冲洗和冷却等措施,以降低摩擦温升,防止结焦、热裂、波纹管失弹、波纹管断裂、泵抽空、密封件老化等而导致密封失效。为此,必然消耗大量的冲洗油和冷却水,造成运行费用高,能耗量大,而且密封可靠性差,安全性低,维修成本高。

方案自冲洗加静环背面急冷措施。自冲洗即把泵出口增压的高温热油经冷却降温后引至密封腔,对密封件进行直接冷却降温;同时,一般对静环背面注人冷却水对其进行急冷降温,并把泄漏物及时排除以避免在密封部位积聚。该方案适用于输送介质比较洁净的高温热油泵。方案32则是外冲洗加静环背面急冷措施。外冲洗是把外界与泵送介质相容的低温洁净冷却油注人密封腔内,对密封件进行直接冷却降温,并及时排除介质中的固体颗粒避免进人密封端面或在密封附近集聚而产生磨粒磨损。

高温离心泵

一、统计结果表明,在保证辅助系统正常工作和泵稳定运转的情况下,高温离心泵机械密封的使用寿命可达一年以上。但是,随着对现代工业生产节能减排要求的不断提高管型机械密封及辅助系统的使用性能己不能满足要求,暴露出的主要间题有:

1、采用现有的机械密封及其辅助系统,在高温油泵的运行过程中,变工况操作时有发生。泵抽空、误操作、人为流量调节等都使机械密封处于变工况条件下。当被密封介质的压力产生剧烈波动时,可引起摩擦副的相互冲击,造成端面损伤,从而影响密封效果;如果密封腔操作压力波动并瞬间成负压,波纹管收缩而不能及时恢复,动、静环摩擦副间形成的油膜密封被破坏从而造成突发性泄漏失效。

2、工作介质温度很高,再加上密封摩擦副端面的摩擦热,一旦冲洗系统发生故障,使得端面温度急剧升高,造成端面液膜汽化导致干摩擦,短时间内可使密封失效;其次,高温还可使石墨环性能下降,严重时可将浸渍剂熔化;再次,当动、静环材料取碳化钨一石墨配对时,高温还可使石墨环(静环)表面产生环状沟纹,碳化钨(动环)也易脱落;最后,高温下摩擦副热变形较大,使端面摩擦状态发生变化。导致密封系统提前失效。

3、运行费用高、能耗量大。对于常、减压塔底渣油泵采用外冲洗方案32,冲洗液直接进人工艺介质中,使其消耗量较大,生产成本较高。采用自冲洗方案21把高温介质降温后再注人泵内,必然消耗大量的热量,使泵的效率降低。与此同时,消耗的冷却水量亦相当大。

4、方案21和方案32均需对机封静环背面处必须通入急冷水进行冷却,其作用是冷却动、静环摩擦副,从而在一定程度上降低波纹管及摩擦副间的温度,为机封提供适宜的运行环境,防止机封部件高温变形或失效,从而达到提高密封效果和延长使用寿命的目的。但由于冷却水在高温部位结垢,且结垢位于动、静环摩擦副及与之相贴紧的轴套上和波纹管的波片之间,使波纹管失去弹性而失效。

二、目前采用的波纹管机械密封及其辅助系统造成密封失效形式主要有以下几种:

1、波纹管失弹或断裂引起的密封失效

波纹管在使用过程中,其刚度或弹性会慢慢减小,这种弹性减小的现象通常称之为失弹。实验和实际应用表明当波纹管的失弹量超过设计初始压缩量的18%一20%时,整个波纹管机械密封就会发生泄漏。金属波纹管机封在温度低于200℃时失弹现象不明显,但在高温(超过300℃)下使用,开车后泵很快就发生泄漏,将使用的机封拆下测盆发现金属波纹管组件高度较安装前平均降低2一3mm。

波纹管失弹主要由于永久变形或应力松弛,还有一种情况是工作介质结晶沉淀或凝固在波纹管的缝隙中,使波纹管变形能力减小或丧失变形能力。因此,高温和载荷是造成波纹管失弹的主要原因。另外,在高温及波纹管压缩量或接触比压较大的情况下,波纹管会发生断裂;温度越高,载荷越大,波纹管发生断裂的概率就越高。

2、配对摩擦副中硬质合金环的表面热裂引起的密封失效,发现密封摩擦副的硬质合金环出现许多由硬面中心向外发散的粗细不一的径向裂纹。这是热裂导致的密封失效。热裂产生的主要原因是过高的局部热应力,其中硬质合金环与环座两种材料的线膨胀系数差别,采用堆焊结构还是整体结构,密封冷却冲洗系统中冲洗液的类型、冲洗方式和流量的大小是否合适都可能引起密封端面的热裂。

3、配对摩擦副中石墨环的过度磨损引起的密封失效

通常,将失效的机封拆下检查发现石墨密封环磨损严重。通过分析和试验发现,金属波纹管机封的端面比压受波纹管的有效直径的影响,而有效直径是随压力的变化而改变。当波纹管受外压,其有效直径随压力的加大而逐渐缩小;当波纹管受内压,其有效直径随压力的加大而逐渐加大。由于压力过大,导致摩擦副摩擦严重,石墨环过度磨损引起泄漏。


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