泵轴封装置技术环保新动向

2025China.cn 2009年04月27日

　　目前，世界范围内，各国政府和民众日益增强环保意识促使实施更全面环境法规，这对使用泵各个工业部门产生了巨大冲击。美国，联邦净化空气法规1990年修正案要求环保局（EPA）对189种挥发性有机物和454种挥发性危害空气污染物实施更具体析出物限制。炼厂和化工厂流程泵所输送许多液体都被认为是上述析出物主要来源。泵泄漏问题越来越引起人们重视。改善有密封泵轴封装置是减少泵泄漏重要途径。
    　1.泵轴封技术概况
    　近年来,世界泵业密封技术研究和开发方面所取成就十分显著，主新密封技术、密封产品和密封系统三个方面有了很大进展。
    　填料密封作为泵传统密封结构，其有一定量泄漏和高速下效果差等问题，使用领域日益缩小。但近年来石棉绳逐步淘汰，填料密封技术方面也取了一些新进展。例如，压缩填料密封目前整个英国工业领域正显示其强大生命力。这类合成纤维、陶瓷以及聚四氟乙烯等材料制成低磨擦压缩填料比石棉填料具有更好化学适应性、耐磨能力、耐高温以及更长使用寿命，价格高。
    　目前，机械密封泵用密封市场上占据份额越来越大，各种新设计机械密封对市场份额增长起了很大作用。最为突出是集装式密封。这种密封易于安装和维护，又安全可靠，但价格相当昂贵。另一种引人注目机械密封是剖分式密封，这种密封不需拆卸泵就可以进行更换。再有就是热流体动压密封、备用密封以及不对称成型金属波纹管密封等新结构。此外，串联式密封和双端面机械密封结构与一种冲洗系统配合使用时，防止了危险物质泄漏并允许输送磨蚀性介质。预计今后机械密封发展很可能集中采用“上游式泵送密封”和“磁性流体密封”类似技术来提高密封系统功能完整性。“上游式泵送密封”是一种利用各种密封面流槽将密封面低压侧（下游）少量泄漏流体泵送回高压侧（上游）新概念。而“磁性流体密封”是从航天工业项目中派生新技术，具有无泄漏和不磨损特点。
    　2.上游式泵送密封
    　“上游式泵送密封”是一种利用各种密封面流槽将密封面低压侧（下游）少量泄漏流体泵送回高压侧（上游）新概念。它是串联密封和双端面密封之间一种混合结构。结构和工作原理上，看上去像是一种两个端面之间具有一种低压阻挡液备用端面密封结构。功能方面，它起双端面密封作用。主密封中泵送机理是这样：密封中产生压力从低压阻挡区到高压介质端形成微弱泵送能力。普通型端面主密封由一种小容量高压“泵”—上游式泵送密封所取代。这种“泵”将少量阻挡液通常由机械密封密闭通路推进，送入密封腔内。密封腔所处压力高于阻挡液，这种密封被看作是向上游进行泵送。上游式泵送密封可以适用于有毒和危险介质、磨料性介质和渣浆、润滑性差各种介质以及高PV值场合。符号PV是密封制造商和用户常用表达式，用来表示给定液体中端面材料组合压力—速度极限。高速泵通常属于高PV值使用条件，双端面密封需要较高缓冲液压力，采用双端面密封会使情况变更坏。长期以来，高速泵工业一直受到高PV值困扰。上游式泵送密封基本上是非接触运行，完全消PV值分量。不需要比密封腔压力高阻挡液压力，上游式泵送密封为高速泵工业摆脱困境提供了一条有效途径。
    　上游式泵送密封原理是动水压力和静水压力相平衡。有卡环、弹簧和主密封环密封端是静止部件，与之相配转动密封环上有螺旋槽。槽型是一系列凹进对数螺线。螺旋槽外圈未开槽部分称作密封坝。当施加压力时，密封面上产生是静水压力，当配对密封环静止或转动时都会产生这种力。动水压力只转动时才产生。转动时螺旋槽起到决定性作用，它可以充当一个压力形成装置。当阻挡液进入螺旋槽中时，就被引到外径处，此处受到密封坝阻力。压力增大使挠性安装端面能够窜动，调整密封间隙。一种“泵－节流阀”原理起作用，形成了非接触运行方式，同时使被抽送液体从低压区进入高压区。控制密封运行力是轴向。张开力是螺旋槽产生压力与端面两侧压力降之和，而闭合力是作用端面后部系统压力与弹簧力之和。受到干扰而使密封间隙缩小，液膜内力就会明显增大。同样，密封间隙增大，那么液膜内力就会减小。这两种情况下，原来间隙很快会重新恢复。与单纯静压型密封不同是，上游式泵送密封既有动压又有静压，与转速和压力都有关。而静压型密封是压力形成密封间隙，与转速无关。
   　 3.磁性流体密封
    　“磁性流体密封”是一个来自美国航天局空间项目典型派生技术，至今已有三十多年历史。最初开发用于外层空间失重条件下推动火箭燃料，这种利用磁力来控制流体技术已经被有关工程技术人员推广应用到面上。磁性流体主要由三个部分构成：载流体（通常为低蒸汽压碳氢化合物碳氟化合物）、表面活化剂（一种化学粘结剂）和磁性颗粒（极小磁铁矿球）。表面活化剂将磁性颗粒粘结到载流体中使之成为胶态悬浮体，产生相应流体磁性。过去三十年中，这种简单密封原理已应用众多结构中，有无数磁性流体密封运行。它能够对真空回转装置轴进行密封。这类装置遍及半导体和真空工业中，上述工业依靠磁性流体密封无泄漏、不磨损特点来提供恒定质量。计算机磁盘驱动器行业已经安装了数百万磁性流体密封，用作驱动器电机和精密存储装置之间隔离密封。这种密封优势就：较低安装成本和可靠使用寿命。
    　磁性流体密封主要部件包括一种磁性流体、一个磁铁环、二个磁极片和一个可导磁轴或轴套。由固定极片和转动轴形成磁回路极性将磁通量集中极片下径向间隙内。当将一种磁性流体加到径向间隙时，它就呈现“液态O形环”形式，轴四周形成一个无泄漏密封。所有磁性流体密封均具有下列固有特性：无需外部动力；不产生接触，无磨损；轴静止或转动时无泄漏；长而可靠使用寿命；低转矩和最小能耗。磁性流体密封还具有独特自行恢复特点。当过高压力磁性密封时，密封区域内短时间过高压力会使一部分磁性流体瞬时从轴四周排出，超压状态期间，磁性流体保持封闭密封体内，当干扰状态结束后，仍以原压力重新形成密封。
    　专门为泵设计基于磁性流体密封技术新型辅助集装式密封,是目前泵制造厂和用户可以替代磁力驱动泵和复杂双重密封系统一种经济有效密封方法，它易于现有泵上重新改装。用这种充分验证技术密封泵可以满足最严格析出物控制条例。磁性流体集装式密封是一种辅助二次密封，它与主机械密封相结合，形成一个挥发性有机物保护系统。由磁性结构和磁性流体形成“液体O形环”防止了主密封蒸汽泄漏逸出，泵轴周围形成一个密闭式密封。
    　数年生产运行之后，泵用户一致认为磁性流体密封具有下列优点：对现有泵可以进行简单重装改进；静态和动态两种条件下泄漏为零；较低安装和使用成本；仪器仪表简单，便于监控；能够原位重新装填和测定压力；检修要求低；无阻挡液或复杂密封辅助系统；无磨损件，维护明显减少。
    　基本泵用集装式密封结构是整个泵工业通用验收要求设计。装有可选用冷却装置（适用于高温装置）可选用气体净化系统（保护密封元件免受环境腐蚀），集装式密封可以应用于更广泛领域。这种密封技术还有独特准确监控主密封性能能力，能严重事故发生前预测故障或识别问题。二次磁性流体密封拦截了全部主密封蒸汽泄漏，一个简单流量计就可准确监控主密封，泄漏过大时发出报警信号。正研究新进展包括装集装盒内一种整体高压液体密封。这种密封主机械密封严重失效时将充当一个安全装置。另一项研究计划是开发一种返回到泵吸入侧独特方法，主密封逸出蒸汽和微小液体泄漏量可以由二次集装式密封封闭。这样就可以取消火炬或其它排放装置最终形成一个闭式挥发性有机物回收系统。
    　磁性流体密封技术密封泵泄漏析出物早已证明是100%有效。流程工业设计人员和用户对这种技术逐渐认识和了解，这种密封技术使用范围将日益扩大。它很有可能成为未来工业界迎接环境密封挑战一种经济有效方式。
   　国内，国人环保意识不强，环保法规不够健全，再加上执行力度够，人们对泵泄漏问题普遍重视不足。使国内泵制造厂对如何最大限度减少泵（尤其是工业用泵）泄漏研究投入很少。致使国产泵轴封装置研制、开发水平与国际先进水平相比有较大差距。我国加入WTO，以及最近五年优先发展环保产业战略方针提出，可以预见，大力改善泵轴封装置，减少泵泄漏量将会成为今后我国工业用泵一个发展趋势。

（转载）

标签：泵轴封装置技术环保新动向

我要反馈