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离心泵:内部冲洗与外部冲洗机械密封区别以及优劣势!

发表时间: 2024-03-27 10:29:26

作者: 石油化工设备维护与检修网

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1、前言

无论您是安装还是设计液体循环暖通空调(HVAC)系统,您可能都知道泵密封对泵的运行和用户满意度起着至关重要的作用。除非您有机会近距离接触一台拆卸下来的泵,否则密封的功能和材料可能仍然是一个谜。今天,我们将为您揭开这些组件的神秘面纱,并解释暖通空调离心泵中通常使用的密封(冲洗)类型之间的差异。


2、从填料密封到机械密封的演变

泵叶轮安装在穿过泵壳体或蜗壳的泵轴上。如果没有泵密封,轴进入蜗壳的中空“潮湿”部分处就会成为持续泄漏的源头。

一百多年前,大多数泵都依靠填料来防止泵泄漏,同时允许轴自由旋转。这种类型的填料或填料密封最初是在泵内形成一个区域,被称为填料函,将填料推入或塞入其中。这些老技术的泵被称为“填料函结构”。50年前,这项技术得到了改进,填料密封由几圈编织纱线和石墨填料组成,这些填料环绕着轴,并位于老的“填料函”中。这些填料由填料压盖牢牢压紧,以防止系统水从泵壳体中渗出。

由于填料和轴之间的摩擦产生了大量热量,因此填料密封需要大量润滑。这种润滑是通过系统水进行的,系统水从泵的出口侧流出,冲洗过填料,然后排出泵外。这就形成了一个“开放式”系统,即一个定期使用并泄漏冲洗水的系统。水的“泄漏”是必需的,并以大约每秒一滴的速度从泵中滴出。当然,这些水必须用补充水代替,这就意味着向系统引入更多的空气,从而增加腐蚀。

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此外,填料密封必须通过手动拧紧压盖来定期调整,以保持正确的润滑量,这就造成了部件的过度磨损。几十年前,这种类型的密封是大多数工业泵的标准配置,如今在某些工业应用中仍在使用。

如今,机械密封已成为HVAC泵的标准配置。机械密封不存在任何类型的泄漏,而是一体式弹簧提供抵靠两个高度抛光的密封面的压力,从而密封泵。即使是 B&G 泵的竞争对手,其老式泵蜗壳设计有外部填料函,也被改装为采用机械密封。这就是为什么如今在HVAC系统中,有两种类型的泵机械密封 - 一种是为带有外部冲洗管路的老式泵设计的密封,另一种是模仿 B&G 设计的内部冲洗式密封。


3、外部冲洗的机械密封及其应避免的原因

外部冲洗密封的工作原理与其它机械密封类似,但其设计目的是安装在泵壳体/蜗壳的干燥空间中,就像老式填料密封一样。因此,它们需要外部润滑,以防止轴与旋转和静止密封部件之间的摩擦导致过热。这种润滑是由毛细管型管提供的,毛细管型管将水从泵的出口输送到机械密封,从而使系统与外部润滑的填料密封相比成为封闭系统。这种设计有三个缺点。

首先要考虑的是冲洗管道的尺寸。这些管道通常是1/4英寸或 3/8 英寸的铜管。如果水质开始在管路中积聚沉淀物或管路出现现场损坏,就会限制冲洗流量。与制造商设计的流量相比,降低流量会缩短密封的使用寿命。

第二个问题同样与水质有关。密封面是高度抛光的表面。密封面之间的任何砂砾(固体颗粒)都会腐蚀密封面,轻则导致过早失效,重则造成密封泄漏。

第三个问题是冲洗密封的水量,以减少摩擦引起的热量积聚。流量大小取决于入口和出口之间的压力差以及管道摩擦损失。制造商设计的管道尺寸和流量与泵所需的相匹配。当我们在泵上安装变速驱动器时会发生什么?封闭系统中的吸入压力保持相当恒定,但排出压力会下降。流量随着压力差的平方根而变化,冲洗流量也随之下降。这在冷冻水系统中可能不是什么大问题,但在供热系统中可能会导致密封寿命缩短。

下面的剖面图显示了这些管道位于典型的外置机械密封(中开双吸泵)的两侧。请注意,它们直接进入装有密封的填料函。

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中开双吸泵上的外部冲洗机械密封


4、内部冲洗机械密封及其优越性

与外部冲洗式机械密封一样,内部冲洗式机械密封也能防止水从泵壳体中流出,同时允许泵轴自由旋转。不过,内部冲洗机械密封的设计更复杂、更可靠。

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卧式中开泵上的内部冲洗密封


内部机械密封的位置更靠近泵的叶轮,在启动时会充满水。因此,它们基本上浸没在系统水中,暴露在大约25%的泵流体中。这一点很有价值,因为:1)不需要任何外部润滑和管道;2)密封周围的水流速度较高,可提供更好的冲洗效果,从而延长密封的使用寿命。

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在外部冲洗密封中,管道以非常高的流速将所需的全部冲洗液直接作用于密封。而内部冲洗密封实质上是浸没在一个充满水的浴缸里。为什么这会延长密封的使用寿命?想象一下,你正在水槽中清洗祖母的一件精美瓷器,而用来清洗的水质非常糟糕 - 水中有大量的沙子。你会使用高速喷淋来清洗它、还是将它浸泡在水槽中,然后用毛巾轻轻地在它周围打转?就像瓷器一样,离心机械密封的更换费用也很高,而且经常暴露在含有大量颗粒的水中。

虽然目前仍有采用外部冲洗密封设计的泵,但我们建议您为水力HVAC系统指定和要求采用内部冲洗机械密封的泵,无论该泵是全新安装的,还是替换现有的外部密封泵。内部冲洗密封所需要的维护更少,而且有助于延长泵的使用寿命。

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