振动对机械密封的影响

 振动对机械密封的影响： 1、概述： 泵体振动是影响机械密封性能的一个主要方面，泵体机械密封振动大体是泵体及机械密封设计和制造质量有问题；另外，还有外界因素等。目前，振动对机械密封的影响，可根据统计数据和动力学理论分析得到。但还不能说明其确切原因。例如：观察发现多级泵驱动端密封所处的工况要比非驱动端所处的工况恶劣，其原因可能是由于两端的液体压力波动情况不同，也可能是两端的轴或壳体振幅及频率不同。 2、机械密封的强迫振动和自激振动：1）强迫振动： 强迫振动的起因可能是磨擦副接合面与旋转轴线不垂直，以及轴产生轴向     振动，同时也可因密封面波度过大而产生振动。 2）自激振动： 自激振动是由摩擦副间隙内流体膜失稳引起。实际中最常见的自激振动是       在摩擦副间隙内液体汽化时产生，这种振动的表象是产生强烈噪声。在减压高温精馏底循环泵的机械密封上就出现过此类现象。该泵输送介质的温度随精馏釜的温度和真空度升高，摩擦副上的液膜极易汽化，产生了自激振动，使得摩擦副润滑情况变差。后改用背靠背双端面机械密封，并且自带高沸点正压封液系统，使问题得到了解决。此外，产生轴向自激振动的原因还有密封缝隙的流体由层流向紊流过渡或由亚音速流过渡到超音速流的过程中出现。 3、引起振动的原因：1）泵自身构体引起的振动： 离心泵的基本结构包括轴、轴承及安装在轴上的叶轮，相应的驱动装置如电机、汽轮机、燃气轮机驱动等。其中任何一种或几种因素组合都可导致振源的产生，如泵轴振动、转子不平衡、驱动轴不同心、轴承缺陷、叶片及轴上其他部件松动等。通过振动监测装置测得的单个振动频率，可分析这些振源类型。装在泵轴上的机械密封有不同的振动频率，低时可在泵转速以下，高时可达每秒数千次。若振动频率恰好与机械密封中的弹性元件固有频率相同，就可造成摩擦副磨损加快或疲劳损伤。当然，这种损伤还有其他因素。所以在设计或选型时，必须保证可预测的共振频率不要与激励频率重合，应采取可靠减振措施，设计的临界转速不能与工作转速相距太近；在操作温度下，安装误差应减至最小，因为这些误差会导致密封弹性装置的位移；转子要充分平衡；垂直安装轴上的轴承，其承受的载荷应使滚动件打滑的可能性减至最小。需要说明的是： a.机械密封的弹性元件（包括单弹簧和多弹簧），弹簧本身可承受大部分振动载荷，辅助密封也有一定减振效果，如楔形环、O形圈、膨胀石墨等； b.对于支承在弹簧上的质量较小的密封，如石墨密封环的结构，其固有频率相对较大； c.支承在低弹性弹簧上的质量较大的密封，其固有频率相对较小，且腔体内压力较低情况下出现共振可能性较小，金属波纹管型密封根据不同的强度设计，其弹性有高有低； d.由于没有滑动的辅助密封，所以依靠密封端面上的液膜或液体减振，当然也可以设计带滑动的辅助密封，提高它的稳定性和刚性； e.大多数机械密封的固有频率都远高于正常的操作转速，对于金属波纹管型机械密封，要特别注意避免轴向共振，异常振动会加剧波纹管疲劳断裂。如泵轴上轴承的轴向游隙调整不当就容易出现这现象。另外根据密封环材料的不同，特别是当采用碳化钨类高密度材料时，更应注意共振问题。因此，当支承在弹性元件的密封环需要采用硬质材料时，条件允许情况下一般都选用密度相对较低的碳化硅、陶瓷等材料。 2）在正常及扰动条件下产生的振动：泵运行时，其转子及机械密封会受到液力振动影响，当流量发生变化时，叶轮入口处液体会产生波动，若不是在最佳效率下运行，叶轮入口及扩压管处的流体压头会增大。低于或高于最佳效率点的流量时，或输送介质无法达到泵的气蚀余量时，都可能产生气蚀现象，则密封激振就更明显。另外，入口处介质的流动还会受到泵内介质自循环的干扰。转子系统的振动及作用在密封上压力状况的变化，所引起的振动的振幅和频率是随机的。在设计系统和选择泵时，应使其在最佳效率状态下运行，保证泵在负压情况下工作稳定，即保证泵有足够气蚀余量，防止介质在机械密封的表面气蚀产生激振。 3）温度及压力变化使泵变形而产生的振动：泵运行过程中，温度发生变化时，泵的各部件会产生热变形，这时泵相对于驱动装置会发生偏移，引起机械密封振动。此外，温度对壳体和转子的影响程度不一样，一般情况下，转子要比壳体变化迅速。当运行温度波动时，密封除了要承受部件错位产生的振动外，还要承受低频率大振幅的振动。由于机械密封的一侧固定在壳体上，而另一端固定在转轴上，所以必须有吸收这两种不同振动的能力。压力也能使泵体变形，从而对机械密封产生干扰。当密封腔内压力发生变化时，作用在密封端面上的载荷也会随之发生变化，从而产生突变载荷引起振动。 4）制造安装原因产生的振动：密封端面粗糙度过大，不能保证很好的贴合性，密封的稳定性就会受到影响，影响程度不仅取决于密封的具体结构，而且也取决于密封运行参数。密封每旋转一周其补偿环都要作相应的运动，从而保证密封端面的贴合性。对于滑动辅助密封件，如O形圈或楔形环，密封面上的载荷沿圆周变化，应尽量防止不受载荷的一侧发生泄漏，受载荷的一侧出现过度磨损的现象。泄漏会使流体的杂粒渗到端面液膜中，从而加速密封端面磨损。密封件在加工过程中，一般不能用机械方法加以平衡。在设计中要尽量减少不平衡因素，如单弹簧就会造成不平衡，特别是在制造粗糙的动环或向密封件传递的动力具有“尾随脉冲”情况时，更应注意不平衡问题。在采用内装式机械密封时，作用在密封上的冲击力常常是由泵送介质的自循环造成的。为确保密封性能，自循环液体应从两密封端的外侧通过。若流量过大，则作用在密封环上的冲击力可能会使密封端错位，其后果自然是振动。为减轻振动的影响，可以使自循环流体，由切向入口；也可以改进设计，使自循环流体沿密封四周流动；如有可能，循环流量可以通过密封腔内衬套的配合间隙加以控制，或者将密封腔内的吸入管和排出管反接，使流向改变而形成逆循环。后一种方法常在立式泵中采用，因为它同时解决了密封腔上部的排气问题；但是，这常被人们所忽视，甚至在卧式泵的设计中，密封腔内由于逆循环产生的压差而会显著改善密封效果。

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