告訴你消防泵閥門(mén)密封機理及物理現象以及液下泵的工作原理

2020/10/29

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 工作原理 

       消防泵閥門(mén)的密封性能是衡量閥門(mén)質(zhì)量的最重要的指標，也是決定閥門(mén)壽命的主要因素。因此，閥門(mén)密封副的密封是閥門(mén)的關(guān)鍵。任何類(lèi)型的閥門(mén)，不論其工作原理，結構形式，使用場(chǎng)合如何不同，都存在著(zhù)密封的問(wèn)題，因而它是研究閥門(mén)的共性問(wèn)題。

閥門(mén)的端法蘭與管道之間的連接，中法蘭與閥蓋之間的連接以及填料函與閥桿之間也都存在著(zhù)密封的問(wèn)題，前兩者屬于靜密封，后者屬于動(dòng)密封，通常，這些部位的泄漏，介質(zhì)將溢出的系統之外，稱(chēng)外泄漏。本文將不討論這方面的問(wèn)題，但有關(guān)的密封機理，基本上是相同的。

閥門(mén)密封副的密封，其性質(zhì)按古列維奇的說(shuō)法，屬于定期密封或經(jīng)常密封的動(dòng)密封結構，密封副間介質(zhì)的泄漏通常不會(huì )溢出系統故稱(chēng)內泄漏（但如某些安全閥、疏水閥等也有可能溢到系統外）。

本文我們將討論密封副的密封，主要內容包括密封的機理，影響密封性能的因素，并探討提高密封性能的途徑。

1、 與密封有關(guān)的一些物理現象

（1）浸潤（潤濕）

液體內部分子間存在著(zhù)相互的吸引力，它是由于液體分子的極性而產(chǎn)生的，液體表面（通常是與氣體相接觸）的分子，由于內部分子的引力作用，其合力的方向是垂直于液體表面而指向液體內部，這個(gè)力稱(chēng)液體的內聚力。不同的液體其內聚力的大小不同，但任何液體都是存在著(zhù)內聚力的。

由于內聚力的作用，液體都是存在著(zhù)力圖縮小其表面積的趨勢，使液體表面上只存在著(zhù)構成表面所絕對必須的質(zhì)點(diǎn)而沒(méi)有任何多余的質(zhì)點(diǎn)留在表面上，所以當液體自由存在時(shí)，呈球形，因為同樣的體積球形具有最小的表面積。

當液體與固體接觸時(shí)，液體表面的分子與相接觸的固體表面的分子間也存在著(zhù)相互吸引的作用，這個(gè)引力稱(chēng)附著(zhù)力。當固—液表面間的附著(zhù)力，大于液體內部的內聚力時(shí)，固體表面將被液體所潤濕，這種現象稱(chēng)浸潤。這時(shí)在固體表面上將形成附著(zhù)于其上的液體邊界層（邊界層內的液體分子常具有極性且按一定方式定向排列），當液體與固體表面間有相對運動(dòng)時(shí)，邊界層具有與固體表面相同的運動(dòng)速度。

若固—液表面間的附著(zhù)力小于液體的內聚力時(shí)，稱(chēng)不浸潤。這時(shí)固體表面不被液體所潤濕，當固液分離時(shí)，不會(huì )有液體殘存附著(zhù)于固體表面上。如水銀與玻璃。

能夠被相接觸的液體所浸潤的表面稱(chēng)親水性表面，不能被浸潤的固體表面稱(chēng)增水性表面。

液體內聚力的大小與液體的種類(lèi)有關(guān)，如水銀具有較大的內聚力而煤油則內聚力較小，內聚力的大小還與溫度有關(guān)，通常隨溫度升高，液體分子運動(dòng)加劇而內聚力減小。此外當液體內溶解了其它溶質(zhì)也將引起內聚力的變化。

固體表面能否被浸潤與固體材料的種類(lèi)，固體的表面狀況（如表面光潔度或粗糙，表面是否有物質(zhì)附著(zhù)等）有關(guān)，也與相接觸的液體種類(lèi)及溫度等有關(guān)。

液體的內聚力與液—固表面間的附著(zhù)力引起一列的物理現象。從靜力學(xué)角度上如浸潤表面張力毛細現象在小截面玻璃儀表中的凸或凹月形面等，從運動(dòng)學(xué)角度上則如液體的粘度，內摩擦，液體在管道中流速的分布以及由于邊界層的存在而引起的在導熱等方面的影響。

閥門(mén)

（2）表面張力

如前所述，由于內聚力的作用，液體表面總是有收縮呈球形的趨勢，但在實(shí)際上，液體不可能自由存在，它的表面總是要與固體，氣體或其它液體相接觸，而且它還受到重力的作用，所以是準確的球面存在的液體表面，是不易見(jiàn)到的。

由于液體不能保持固定的形狀，當它與固體相接觸時(shí)接觸面形狀由固體表面來(lái)決定，接觸面間分子的相互作用與我們研究密封有關(guān)的主要是浸潤與否。液體與氣體的接觸面上存在著(zhù)氣體分子與液體表面分子的相互作用但由于氣體分子密度小，因而相互吸引力的影響也較小，這時(shí)液面的形狀還受其周邊相接觸固體表面的影響和重力作用的影響，因而通常為曲面。由于內聚力是在曲面的法線(xiàn)方向指向液體內部，因而在呈曲面的液體表面上（注意只有當表面為曲面時(shí)）就出現表面張力，液體表面就好像是繃緊的膜。

表面張力是沿曲面的切線(xiàn)方向的力，但卻無(wú)法具體指出其方向，只有當具體確定液體表面上某一線(xiàn)才能確定其上表面張力的方向是垂直于該線(xiàn)而沿曲面的切線(xiàn)方向，不論在液體表面上的線(xiàn)如何選取，表面強力總是在其垂直方向上而且相等相反地同時(shí)存在，其合力方向正是指向內部的法線(xiàn)方向，因此表面張力是從單位長(cháng)度上的力來(lái)度量的Pa稱(chēng)表面張力系數δ，20℃水δ = 7.275×10 -2 N / m，汞δ = 0.465 N / m。酒精δ = 2.2×10 -2 N / m。

表面張力是由液體分子內聚力產(chǎn)生的，因而它的大小也和內聚力一樣是與液體種類(lèi)、溫度、溶解的溶質(zhì)狀況等因素有關(guān)。例如杭州虎跑泉水表面可以承受硬幣漂浮，或者已經(jīng)和杯口水平的可放入不少硬幣，使水面明顯地的肉眼可見(jiàn)地隆起而不溢出，這就是由于虎跑泉水溶解了某些礦物質(zhì)的原因，而使它表面張力較一般水大。內聚力越大的液體，表面也就越大。

傳統液下泵

葉輪部分淹沒(méi)在液體內，軸封無(wú)泄漏現象。且占地面積小，使用可靠，維修方便，耐腐蝕性能強等特點(diǎn)。廣泛適用于化工、制藥、造紙、石油等工業(yè)部門(mén)。

泵的立式電動(dòng)機以螺栓固緊電機座上，并通過(guò)彈性聯(lián)軸器與泵直接傳動(dòng)、泵體、中間接管、泵架、出液管、管法蘭，以螺栓聯(lián)接構成一體，固定在底板上，泵的整體通過(guò)底板安裝在容器上。

新型液下泵

泵的電機不在液面上，而是在液面下。電機是潛沒(méi)電機，與泵輪連接成一體潛在液體下，實(shí)現將物料送達目標儲的目的，多用于化工、制藥、石油等零區環(huán)境。

新型液下泵適用輸送輕質(zhì)易燃易爆物料，具有免維護、防爆、能耗低特點(diǎn)；傳統液下泵其殼體，主管，出口管及過(guò)流部件全部用塑料合金（PTFE、FEP）、不銹鋼等金屬材料模壓燒結制成，泵主機部分全部放置在液體內，具有耐腐蝕性強、機械強度高、不氧化、無(wú)毒素分解特點(diǎn)。

液下泵 工作原理

液下泵根據伸入容器長(cháng)度的不同需要而制成。液下泵工作部分沉沒(méi)在液體內，因此軸封無(wú)液體飛濺現象；泵運轉產(chǎn)生的軸向及徑向力分別由滾動(dòng)軸承及滑動(dòng)軸承支撐，一般溫度較高（300度以上）的介質(zhì)軸承箱部件處有冷卻系統，用冷卻水帶走熱量，新型的液下泵電機和泵同軸連接。

液下泵與介質(zhì)接觸的零部件，一般根據介質(zhì)的要求選用，有金屬和非金屬材質(zhì)。液下泵在傳動(dòng)和旋轉方向：泵通過(guò)爪型彈性聯(lián)軸器由電動(dòng)機直接驅動(dòng)，從電動(dòng)機端看泵為順時(shí)針?lè )较蛐D。液下泵廣泛用于化工、石化、冶煉、染料、農藥、制藥、稀土、化肥等行業(yè),在貯罐上輸送各類(lèi)介質(zhì)，開(kāi)式葉輪的可用于輸送含固體顆粒的介質(zhì)。

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工作部分淹沒(méi)在液體內，軸封無(wú)泄漏現象。且占地面積小，使用可靠，維修方便，耐腐蝕性能強等特點(diǎn)。廣泛適用于化工、制藥、造紙、石油等工業(yè)部門(mén)。

液下泵的立式電動(dòng)機以螺栓固緊電機座上，并通過(guò)彈性聯(lián)軸器與泵直接傳動(dòng)、泵體、中間接管、泵架、出液管、管法蘭，以螺栓聯(lián)接構成一體，固定在底板上，泵的整體通過(guò)底板安裝在容器上。泵的軸向力與徑向力，（包括泵運轉中所產(chǎn)生的水壓力，葉輪及轉子重量等），均由軸承盒內所裝單向推力球軸承，單列向心球軸承；以及滑動(dòng)導軸所承受為保證泵安全正常運轉。軸承以黃油潤滑之，導軸承同所輸送的液體潤滑。因此，工作時(shí)液面必須高于葉輪中心線(xiàn)。伸入容器長(cháng)度L的長(cháng)短不同，則又分為中間導軸承結構和無(wú)中間導軸承的結構。新型液下泵的結構是泵與電機連接為一體潛入液下，實(shí)現將物料準確送達目標儲的目的。