告訴你消防泵閥門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 

       消防泵閥門的密封性能是衡量閥門質量的最重要的指標，也是決定閥門壽命的主要因素。因此，閥門密封副的密封是閥門的關鍵。任何類型的閥門，不論其工作原理，結構形式，使用場合如何不同，都存在著密封的問題，因而它是研究閥門的共性問題。

閥門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密封的問題，前兩者屬于靜密封，后者屬于動密封，通常，這些部位的泄漏，介質將溢出的系統之外，稱外泄漏。本文將不討論這方面的問題，但有關的密封機理，基本上是相同的。

閥門密封副的密封，其性質按古列維奇的說法，屬于定期密封或經常密封的動密封結構，密封副間介質的泄漏通常不會溢出系統故稱內泄漏（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、 與密封有關的一些物理現象

（1）浸潤（潤濕）

液體內部分子間存在著相互的吸引力，它是由于液體分子的極性而產生的，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，這個力稱液體的內聚力。不同的液體其內聚力的大小不同，但任何液體都是存在著內聚力的。

由于內聚力的作用，液體都是存在著力圖縮小其表面積的趨勢，使液體表面上只存在著構成表面所絕對必須的質點而沒有任何多余的質點留在表面上，所以當液體自由存在時，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，液體表面的分子與相接觸的固體表面的分子間也存在著相互吸引的作用，這個引力稱附著力。當固—液表面間的附著力，大于液體內部的內聚力時，固體表面將被液體所潤濕，這種現象稱浸潤。這時在固體表面上將形成附著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時，邊界層具有與固體表面相同的運動速度。

若固—液表面間的附著力小于液體的內聚力時，稱不浸潤。這時固體表面不被液體所潤濕，當固液分離時，不會有液體殘存附著于固體表面上。如水銀與玻璃。

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

液體內聚力的大小與液體的種類有關，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，通常隨溫度升高，液體分子運動加劇而內聚力減小。此外當液體內溶解了其它溶質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，固體的表面狀況（如表面光潔度或粗糙，表面是否有物質附著等）有關，也與相接觸的液體種類及溫度等有關。

液體的內聚力與液—固表面間的附著力引起一列的物理現象。從靜力學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，從運動學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

（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，是不易見到的。

由于液體不能保持固定的形狀，當它與固體相接觸時接觸面形狀由固體表面來決定，接觸面間分子的相互作用與我們研究密封有關的主要是浸潤與否。液體與氣體的接觸面上存在著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）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方向的力，但卻無法具體指出其方向，只有當具體確定液體表面上某一線才能確定其上表面張力的方向是垂直于該線而沿曲面的切線方向，不論在液體表面上的線如何選取，表面強力總是在其垂直方向上而且相等相反地同時存在，其合力方向正是指向內部的法線方向，因此表面張力是從單位長度上的力來度量的Pa稱表面張力系數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生的，因而它的大小也和內聚力一樣是與液體種類、溫度、溶解的溶質狀況等因素有關。例如杭州虎跑泉水表面可以承受硬幣漂浮，或者已經和杯口水平的可放入不少硬幣，使水面明顯地的肉眼可見地隆起而不溢出，這就是由于虎跑泉水溶解了某些礦物質的原因，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

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

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

新型液下泵

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

新型液下泵適用輸送輕質易燃易爆物料，具有免維護、防爆、能耗低特點；傳統液下泵其殼體，主管，出口管及過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、無毒素分解特點。

液下泵 工作原理

液下泵根據伸入容器長度的不同需要而制成。液下泵工作部分沉沒在液體內，因此軸封無液體飛濺現象；泵運轉產生的軸向及徑向力分別由滾動軸承及滑動軸承支撐，一般溫度較高（300度以上）的介質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。

液下泵與介質接觸的零部件，一般根據介質的要求選用，有金屬和非金屬材質。液下泵在傳動和旋轉方向：泵通過爪型彈性聯軸器由電動機直接驅動，從電動機端看泵為順時針方向旋轉。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,在貯罐上輸送各類介質，開式葉輪的可用于輸送含固體顆粒的介質。

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

液下泵的立式電動機以螺栓固緊電機座上，并通過彈性聯軸器與泵直接傳動、泵體、中間接管、泵架、出液管、管法蘭，以螺栓聯接構成一體，固定在底板上，泵的整體通過底板安裝在容器上。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，工作時液面必須高于葉輪中心線。伸入容器長度L的長短不同，則又分為中間導軸承結構和無中間導軸承的結構。新型液下泵的結構是泵與電機連接為一體潛入液下，實現將物料準確送達目標儲的目的。