依據熔體泵的工況特點 ,軸封的選取要以結構簡單、性能可靠、易于安裝為指導思想 ,并且充分利用物料高粘度的特點。分析認為 ,可供選擇的密封形式除了上述填料密封外 ,還有機械密封和徑向非接觸式密封以及它們的組合形式等。
考慮到徑向非接觸式密封具有結構簡單、耐用、運行可靠、成本相對較低和維修方便 ,且適用于各種不同轉速特別是低、中速的顯著特點 ,因此選用徑向非接觸式密封。
徑向非接觸式密封形式主要包括迷宮密封、迷宮間隙密封、間隙密封、螺旋密封以及迷宮螺旋密封等。其中前 2 種密封主要適用于蒸汽和氣體介質的密封 ,這里不作討論 ,其他 3 種密封都適用于高粘度的流體密封。其中間隙密封是流體靜壓(流阻) 型密封 ,最后 2 種密封是流體動壓(反輸) 型密封。間隙密封是依靠縫隙通道產生一定的流動阻力來減少泄漏達到密封的目的 。在被密封介質和工況相同的條件下 ,要提高密封效果,就必須延長密封長度或/ 和減小密封間隙 ,但是這兩種方法在現場都會受到不同程度的限制。對中、高粘度介質來講 ,采用螺旋密封或迷宮螺旋密封是解決上述矛盾的有效辦法之一。
迷宮螺旋密封與螺旋密封的不同之處在于其襯套和轉軸上均加工出螺紋 ,且螺套和螺桿上的螺紋旋向相反。研究表明:螺套和螺桿之間的流體流動形成強烈的紊流 ,大大提高了兩者的摩擦阻力(包括壓差阻力和摩擦阻力) ,加強了密封能力。但是 ,迷宮螺旋密封一般用于紊流工況下低粘性液體 (例如水和液化氣等) 的密封,當用它來密封高粘度介質(例如高于水) 且介質流態為層流時 ,其密封性就比螺旋密封要差 ,所以選擇螺旋密封。
螺旋密封是依靠軸旋轉時密封元件 (如螺桿或螺套) 產生反壓阻止氣體或液體向外泄漏達到完全密封的功能。盡管螺旋密封加工較復雜 ,制造成本也較高 ,但這類密封所具有的“泵送”效應以及優異的密封可靠性和密封性是間隙密封不可比擬的。另外 ,螺旋密封的主要優點還包括:a. 在密封體間保持較大間隙的情況下仍能起密封作用 ,密封件之間不會發生摩擦 ,因而使用壽命較長;b.由于是非接觸密封 ,不要求配合表面的材料具有很高的耐磨性 ,也可用在介質具有腐蝕性或含粉塵流體等場合 ;c. 對密封進行正確的設計 ,可以使泄漏量限制在一定數值之下。對于一定粘度的密封介質 ,通過對密封結構參數進行優化設計 ,可以實現理論零泄漏。
至于螺旋密封形式的選擇 ,研究表明:在密封條件相同的情況下 ,螺套式螺旋密封不僅可以獲得與螺桿式螺旋密封同樣的封液能力 ,而且具有減少“氣吞效應”發生的特點。除此之外 ,螺套式螺旋密封可以高效地建立密封狀態 ,并且加工螺旋槽對轉軸無損傷 ,也便于螺旋密封的安裝、拆卸和維修。所以 ,優先考慮螺套式螺旋密封。
此外 ,考慮到熔體泵啟動前系統處于真空狀態 ,單純的螺旋密封難以滿足泵啟、停車時對密封的要求 ,所以還需加設停車密封如軟填料密封 ,螺旋密封安裝于原填料函的內側即介質側 ,輔助的填料密封安裝于大氣側。螺旋密封與填料密封構成組合動密封 ,這種組合形式適于不同工況下的密封。
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