泵軸封裝置技術(shù)環(huán)保新動向|最新資料

目前，在世界范圍內(nèi)，各國政府和民眾日益增強(qiáng)的環(huán)保意識促使實施更全面的環(huán)境法規(guī)，這對使用泵的各個工業(yè)部門產(chǎn)生了巨大的沖擊。在美國，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施更具體的析出物限制。煉廠和化工廠的流程泵所輸送的許多液體都被認(rèn)為是上述析出物的主要來源。泵泄漏的問題越來越引起人們的重視。改善有密封泵的軸封裝置是減少泵泄漏的重要途徑。

1.泵軸封技術(shù)概況

近年來,世界泵業(yè)在密封技術(shù)的研究和開發(fā)方面所取得的成就十分顯著，主要是在新密封技術(shù)、密封產(chǎn)品和密封系統(tǒng)三個方面有了很大的進(jìn)展。

填料密封作為泵的傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)，由于其有一定量的泄漏和在高速下效果差等問題，使用領(lǐng)域日益縮小。但近年來隨著石棉繩的逐步淘汰，在填料密封技術(shù)方面也取得了一些新的進(jìn)展。例如，壓縮填料密封目前在整個英國工業(yè)領(lǐng)域正顯示其強(qiáng)大的生命力。這類合成纖維、陶瓷以及聚四氟乙烯等材料制成的低磨擦的壓縮填料比石棉填料具有更好的化學(xué)適應(yīng)性、耐磨能力、耐高溫以及更長的使用壽命，而且價格也不高。

目前，機(jī)械密封在泵用密封市場上占據(jù)的份額越來越大，各種新設(shè)計的機(jī)械密封對市場份額的增長起了很大作用。最為突出的是集裝式密封。這種密封易于安裝和維護(hù)，又安全可靠，但價格相當(dāng)昂貴。另一種引人注目的機(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。再有就是熱流體動壓密封、備用密封以及不對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，防止了危險物質(zhì)的泄漏并允許輸送磨蝕性介質(zhì)。預(yù)計今后機(jī)械密封的發(fā)展很可能集中在采用“上游式泵送密封”和“磁性流體密封”或者類似技術(shù)來提高密封系統(tǒng)功能的完整性?！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）的少量泄漏流體泵送回高壓側(cè)（上游）的新概念。而“磁性流體密封”是從航天工業(yè)項目中派生的新技術(shù)，具有無泄漏和不磨損的特點(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）的少量泄漏流體泵送回高壓側(cè)（上游）的新概念。它是串聯(lián)密封和雙端面密封之間的一種混合結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)和工作原理上，看上去像是一種在兩個端面之間具有一種低壓阻擋液的備用端面密封結(jié)構(gòu)。在功能方面，它起雙端面密封的作用。主密封中的泵送機(jī)理是這樣的：密封中產(chǎn)生的壓力從低壓阻擋區(qū)到高壓介質(zhì)端形成微弱的泵送能力。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”將少量的阻擋液沿著通常由機(jī)械密封密閉的通路推進(jìn)，并且送入密封腔內(nèi)。由于密封腔所處的壓力高于阻擋液，因此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介質(zhì)、磨料性介質(zhì)和渣漿、潤滑性差的各種介質(zhì)以及高PV值的場合。符號PV是密封制造商和用戶常用的表達(dá)式，用來表示在給定液體中端面材料組合的壓力—速度極限。高速泵通常屬于高PV值的使用條件，由于雙端面密封需要較高的緩沖液壓力，因而采用雙端面密封會使情況變得更壞。長期以來，高速泵工業(yè)一直受到高PV值的困擾。上游式泵送密封基本上是非接觸運(yùn)行，因而完全消除了PV值的分量。由于不需要比密封腔壓力高的阻擋液壓力，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的途徑。

上游式泵送密封的原理是動水壓力和靜水壓力相平衡。有卡環(huán)、彈簧和主密封環(huán)的密封端是靜止部件，與之相配的轉(zhuǎn)動密封環(huán)上有螺旋槽。槽型是一系列凹進(jìn)的對數(shù)螺線。螺旋槽外圈未開槽的部分稱作密封壩。當(dāng)施加壓力時，在密封面上產(chǎn)生的是靜水壓力，而且當(dāng)配對密封環(huán)靜止或轉(zhuǎn)動時都會產(chǎn)生這種力。動水壓力只在轉(zhuǎn)動時才產(chǎn)生。轉(zhuǎn)動時螺旋槽起到?jīng)Q定性作用，它可以充當(dāng)一個壓力形成裝置。當(dāng)阻擋液進(jìn)入螺旋槽中時，就被引到外徑處，在此處受到密封壩的阻力。壓力的增大使得撓性安裝的端面能夠竄動，從而調(diào)整密封間隙。一種“泵－節(jié)流閥”原理在起作用，形成了非接觸運(yùn)行方式，同時使被抽送液體從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)。控制密封運(yùn)行的力是軸向的。張開力是螺旋槽產(chǎn)生的壓力與端面兩側(cè)的壓力降之和，而閉合力是作用在端面后部的系統(tǒng)壓力與彈簧力之和。如果由于受到干擾而使密封間隙縮小，液膜內(nèi)的力就會明顯增大。同樣，如果密封間隙增大，那么液膜內(nèi)的力就會減小。在這兩種情況下，原來的間隙很快會重新恢復(fù)。與單純靜壓型密封不同的是，上游式泵送密封既有動壓又有靜壓，因此與轉(zhuǎn)速和壓力都有關(guān)。而靜壓型密封是通過壓力形成密封間隙，因而與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

3.磁性流體密封

“磁性流體密封”是一個來自美國航天局空間項目的典型派生技術(shù)，至今已有三十多年的歷史。最初的開發(fā)用于在外層空間失重的條件下推動火箭燃料，這種利用磁力來控制流體的技術(shù)已經(jīng)被有關(guān)工程技術(shù)人員推廣應(yīng)用到地面上。磁性流體主要由三個部分構(gòu)成：載流體（通常為低蒸汽壓的碳?xì)浠衔锘蛘咛挤衔铮?、表面活化劑（一種化學(xué)粘結(jié)劑）和磁性顆粒（極小的磁鐵礦球）。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，從而產(chǎn)生相應(yīng)的流體磁性。在過去三十年中，這種簡單的密封原理已應(yīng)用在眾多的結(jié)構(gòu)中，有無數(shù)的磁性流體密封在運(yùn)行。它能夠?qū)φ婵栈剞D(zhuǎn)裝置的軸進(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、不磨損的特點(diǎn)來提供恒定的質(zhì)量。計算機(jī)磁盤驅(qū)動器行業(yè)已經(jīng)安裝了數(shù)百萬的磁性流體密封，用作驅(qū)動器電機(jī)和精密存儲裝置之間的隔離密封。這種密封的優(yōu)勢就在于：較低的安裝成本和可靠的使用壽命。

磁性流體密封的主要部件包括一種磁性流體、一個磁鐵環(huán)、二個磁極片和一個可導(dǎo)磁的軸或軸套。由固定極片和轉(zhuǎn)動軸形成的磁回路根據(jù)極性將磁通量集中在極片下的徑向間隙內(nèi)。當(dāng)將一種磁性流體加到徑向間隙時，它就呈現(xiàn)“液態(tài)O形環(huán)”的形式，并且在軸的四周形成一個無泄漏的密封。所有磁性流體密封均具有下列固有的特性：無需外部動力；不產(chǎn)生接觸，無磨損；軸靜止或轉(zhuǎn)動時無泄漏；長而可靠的使用壽命；低的轉(zhuǎn)矩和最小的能耗。磁性流體密封還具有獨(dú)特的自行恢復(fù)的特點(diǎn)。當(dāng)過高的壓力通過磁性密封時，密封區(qū)域內(nèi)短時間的過高壓力會使一部分磁性流體瞬時從軸的四周排出，在超壓狀態(tài)期間，磁性流體保持封閉在密封體內(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)計的基于磁性流體密封技術(shù)的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)動泵和復(fù)雜雙重密封系統(tǒng)的一種經(jīng)濟(jì)有效的密封方法，而且它易于在現(xiàn)有的泵上重新改裝。用這種經(jīng)過充分驗證的技術(shù)密封的泵可以滿足最嚴(yán)格的析出物控制條例。磁性流體集裝式密封是一種輔助的二次密封，它與主機(jī)械密封相結(jié)合，形成一個揮發(fā)性有機(jī)物保護(hù)系統(tǒng)。由磁性結(jié)構(gòu)和磁性流體形成的“液體O形環(huán)”防止了主密封蒸汽泄漏逸出，從而在泵軸周圍形成一個密閉式密封。

經(jīng)過數(shù)年的生產(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)：對現(xiàn)有的泵可以進(jìn)行簡單的重裝改進(jìn)；靜態(tài)和動態(tài)兩種條件下的泄漏為零；較低的安裝和使用成本；儀器儀表簡單，便于監(jiān)控；能夠在原位重新裝填和測定壓力；檢修要求低；無阻擋液或復(fù)雜的密封輔助系統(tǒng)；無磨損件，維護(hù)明顯減少。

基本的泵用集裝式密封的結(jié)構(gòu)是按照整個泵工業(yè)的通用驗收要求設(shè)計的。通過裝有可選用的冷卻裝置（適用于高溫裝置）或者可選用的氣體凈化系統(tǒng)（保護(hù)密封元件免受環(huán)境腐蝕），集裝式密封可以應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域。這種密封技術(shù)還有獨(dú)特的準(zhǔn)確監(jiān)控主密封性能的能力，并且能在嚴(yán)重事故發(fā)生前預(yù)測故障或識別問題。由于二次磁性流體密封攔截了全部主密封的蒸汽泄漏，所以一個簡單的流量計就可準(zhǔn)確地監(jiān)控主密封，并且在泄漏過大時發(fā)出報警信號。正在研究的新進(jìn)展包括裝在集裝盒內(nèi)的一種整體高壓液體密封。這種密封在主機(jī)械密封嚴(yán)重失效時將充當(dāng)一個安全裝置。另一項研究計劃是開發(fā)一種返回到泵吸入側(cè)的獨(dú)特方法，主密封逸出的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并且最終形成一個閉式的揮發(fā)性有機(jī)物回收系統(tǒng)。

磁性流體密封技術(shù)對于密封泵泄漏的析出物早已證明是100%有效的。隨著流程工業(yè)的設(shè)計人員和用戶對這種技術(shù)的逐漸認(rèn)識和了解，這種密封技術(shù)的使用范圍將日益擴(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)的一種經(jīng)濟(jì)有效的方式。

在國內(nèi)，由于國人的環(huán)保意識不強(qiáng)，環(huán)保法規(guī)不夠健全，再加上執(zhí)行力度也不夠，人們對泵泄漏的問題普遍重視不足。從而使國內(nèi)泵制造廠對如何最大限度地減少泵（尤其是工業(yè)用泵）泄漏的研究投入很少。致使國產(chǎn)泵軸封裝置的研制、開發(fā)水平與國際先進(jìn)水平相比有較大差距。隨著我國加入WTO，以及最近五年優(yōu)先發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略方針的提出，可以預(yù)見，大力改善泵的軸封裝置，減少泵的泄漏量將會成為今后我國工業(yè)用泵的一個發(fā)展趨勢。