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全剖式机械密封的发展状况与性能试验研究
添加:2016-11-28 10:17:03    游览:1919    来源:www.aosailuo.com

  摘 要: 全剖式机械密封经过近 20 年的发展,技术上不断提升,至今已有诸多成功应用实例, 但应用领域仍有继续推广的空间。本文介绍了全剖式机械密封的发展状况,并通过试验分析总结全剖式机械密封的实际使用效果。

  关键词: 剖分式机械密封; 发展状况; 性能

  1 前言

  机械密封在石油、化工、电力、制药、造纸和污水处理等领域中有着广泛的应用,机械设备能否长期、安全、稳定运行,在很大程度上取决于其动密封性能的好坏。因此,机械密封被诸多学者及工程师称为设备的“心脏”,同时也是回转设备的易损件,必须定期检修或更换[ 1 ~ 7] 。由于穿套在旋转轴上的机械密封,其基体密封环和辅助密封圈的形状是闭合环形,拆卸修理或更换时需要卸下轴一端的配合件,工程量大、时间长、费用高。真空技术网有关文章表明,机器设备维修中有40% ~ 50% 的工作量用于轴封的维修,大约有70% 的维修费用于处理相关机器的密封故障,因此引发人们对全剖式机械密封的研究。本文对全剖式机械密封的发展现状进行概述, 并通过应用实例分析总结全剖式机械密封的实际使用效果。

  2 结构及特点

  2. 1 结构特点

  全剖式机械密封的特点是所有穿套在轴上的零件均为分瓣结构( 如图 1 所示),是通过将每个零件的分瓣环组装成 2 个半环体,2 个半环体通过螺钉紧固连接对称卡套在轴上的一种机械密封。

图 1 完全剖分式机械密封装置

  2. 2 技术难点

  常规机械密封设计主要解决 3 个泄漏点,即动环与轴之间,静环与压盖之间,动环与静环接触面。前两者基本为静密封,因此难点在于动静环接触面间的动密封, 而全剖式机械密封为整体分半式结构,分半式零部件分型面之间也存在泄漏点,这样密封的泄漏点大大增多,给这类密封的研制工作带来很大难度,对于制造精度和装配的要求较高,目前国内已有多家密封制造商取得了初步应用成果。

  2. 3 应用优势及局限性

  拆装困难的大型泵釜或停机成本较高的设备检修时,无需解体即可完成机械密封的检修,大大缩短了检修周期, 检修成本大幅度降低。但其制造难度大,密封效果差,因此适用范围有限。

  3 国内外研究状况

  真正意义上的剖分式机械密封, 由 Bessette等于 1997 年提出,完全剖分集装式机械密封由 2个部分组成,每个部分依据集装式设计标准设计半环体,安装时采用螺钉将卡套在轴上的 2 个半环体紧固在轴上,结构简单,操作方便[ 8] 。国内马卫东于 2000 年发明了一种大型反应釜和大型泵的分体式机械密封,其研究重点主要集中在动环、静环及辅助密封圈分型面的连接上[ 9] 。

  2003 年,合肥通用机械研究所对剖分式机械密封进行试验和工程应用研究后, 参照德国博格曼公司研究和生产部分剖分式机械密封产品,共设计制造了 20 多套单端面、 小弹簧结构剖分式机械密封供石化行业使用,但是试验证明,该完全剖分式机械密封装置在釜内压力为 0. 05MPa、 常温工况下运转良好,当釜内压力升高至 0. 1MPa 时,有少量气泡逸出,但是将釜内压力升高至0. 15MPa 时,有大量的气泡溢出。故该剖分式机械密封适合于工作参数低的工况下使用, 不适用于压力大于 0. 1MPa 的工况[ 10] 。

  2008 年,杨启明开展了反应釜用剖分式机械密封的设计研究, 利用有限元法分析了辅助密封圈的应力应变状况,提出了分型面连接结构,主要针对剖分式机械密封装置中密封圈的结构进行了改进,并对相关零部件进行优化设计[ 11,12]。

  近年来,国内市场上出现的由美国 Chesterton公司研发的 CHESTERTON442 型剖分式机械密封,虽然解决了大型泵釜的安装问题,但因密封端面磨损快, 平均使用寿命仅为普通机械密封的30% 左右, 且进口一套 CHESTERTON442 型剖分式机械密封的价格相当昂贵。

  综上所述,前人对该课题的研究均未考虑端面摩擦热、 外力引起的形变对泄漏率、 端面摩擦磨损及分型面连接紧密性的影响, 尽管该项技术已取得初步成果,但要在市场上推广使用,还必须在技术上实现新的突破。

  新设计开发的 GP 系列全剖分式机械密封在结构上做了大的调整, 为了减少安装难度和对接精度,增加了轴套及驱动结构,如图 2 所示。

图 2 新设计开发的 GP 系列全剖分式机械密封

  4 试验装置及条件

  试验中选用型号为 GP - 50 的全剖式机械密封为研究对象, 其中密封环的内、 外直径分别为59mm 和 65mm,平衡直径为 60. 8mm, 平衡比 B =0. 71, 弹性元件压缩量为 3. 5mm, 弹簧比压 Ps =2. 4。动环材质采用 Sic,静环材质采用碳石墨, 金属材质采用 SS304。

  试验装置采用 3 #卧式密封运转试验台, 密封腔内的压力通过调节压力控制阀来控制, 可在 0~ 10MPa 范围内实现无极调节, 在电机和密封腔之间设置了 MRN - 1 型非接触式动态扭矩传感器,可实时显示主轴的转速、 扭矩和功率。在密封腔入口和出口管道上均设置了压力表、 温度计、流量计等一系列辅助试验仪器。

  试验条件: 介质为水, 温度常温, 试验内容为升压试验,始终保持主轴转速在 2980 r /min, 逐步升高腔体内的压力, 记录各压力下的泄漏量、 压力、 温度、 摩擦扭矩。

  5 试验结果分析

  5. 1 压力变化对泄漏量的影响

  图 3 是主轴转速为 2980 r /min 时, 泄漏量随腔内压力的变化曲线,可以看出,随着腔内压力从0. 1MPa 升高至 0. 8MPa,泄漏率随之增大,而且增长率越来越高。

图 3 压力变化对泄漏率的影响

  升压过程中尽管环面间的闭合力增大,但泄漏量反而增大,可以推测,密封环或密封圈的分型面间的闭合力随着腔内压力的增大而变大, 而当压力达到 0. 8MPa 以上时,密封趋于失效。

  5. 2 不同压力下腔内温度随时间的变化趋势

  图 4 是主轴转速为 2980r /min 时,腔内温度随压力的变化曲线,可以看出,随着腔内压力从0MPa 升高至 0. 8MPa,温度随之升高,当压力大于0. 6MPa 后,温升逐渐放缓。

图 4 腔内温度随压力的变化

  5. 3 不同压力下扭矩值的变化

  图 5 是主轴转速为 2980r /min 时,扭矩随腔内压力的变化曲线,可以看出,在 0 ~ 0. 8MPa 范围内,压力越大瞬时扭矩越大,同时呈等比递增的趋势。

图 5 不同压力下扭矩值的变化

  5. 4 相同转速和压力下,泄漏率随时间的变化趋势

  图 6 是主轴转速为 2980r /min, 压力为0.3MPa 时,泄漏量随时间的变化曲线,可以看出,经过50小时的运转试验,泄漏率随时间的变化逐渐增大,增加幅度约为0.2。

图 6 相同转速和压力下,泄漏率随时间的变化

  从图 3 ~ 6 可以看出:

  ( 1) 剖分式机械密封的泄漏率随着压力的升高而增大,因此 GP 系列剖分式机械密封不适用于压力超过 0.8MPa 的工况使用。

  ( 2) 剖分式机械密封的泄漏率随时间的变化趋势为逐渐递增,因此 GP 系列剖分式机械密封的使用寿命有限,按此变化规律可以推算出GP 系列全剖式机械密封的平均使用寿命约为2000 h。

  6 结语

  目前全剖式机械密封虽然有着诸多应用实例,但仍然有众多领域存在较大的推广空间,今后应进一步加强在理论、试验与应用方面的研究,加快对全剖式机械密封的研究,不仅可以从根本上降低终端用户的经营成本,而且有益于进一步推动国内机械密封技术的发展和国内密封企业制造、管理水平的提高。

  参考文献

  [1] 关醒凡.泵的理论与设计[M].北京: 机械工业出版社,1986.

  [2] 於秋萍,孙见君,涂桥安,等. 接触式机械密封基本性能研究进展 [J] . 流体机械,2015,43(2) : 41- 47.

  [3] 包超英,孟祥铠,李纪云,等. 基于渗流原理的液体润滑机械密封的泄漏率研究 [J] . 流体机械,2014,42(11) : 24- 28.

  [4] 刘敏.V 形密封槽在薄壁换热管与管板胀接连接接头中的应用[J].压力容器,2014

  [ 5] 廖传军,满满,王洪锐,等. 径向受载型金属垫片法兰密封结构的力学特性研究[ J] . 压力容器,2014,31( 3) : 40- 44.

  [ 6] 许志倩,闫相祯, 杨秀娟, 等. 非API 套管接头主密封结构气密性能试验分析[ J] . 压力容器,2014,31( 4) : 7- 12.

  [ 7] 潘华辰,祝佳乐. 填料密封阻塞下气体螺旋密封的数值模拟 研 究[ J] . 机 电 工 程, 2014, 31 ( 3 ) : 306-310.

  [ 8] 拉多萨夫 J J, 杜迪克 D M,布劳尔 Q T,等. 剖分式机械密封: 中国,1094139A[ P] .

  [ 9] 马卫东. 分体式机械密封: 中国,2378578Y[ P] . 2000- 05 - 17.

  [ 10] 邵嘉兴,姚黎明,李鲲, 等. 完全剖分式釜用机械密封结构分析[ J] . 流体机械,2003,31( 8) : 36- 38.

  [ 11] 李振环, 李妍. 釜用剖分密封结构的设计特点及应用[ J] . 流体机械,2002,30( 1) : 42- 44.

  [ 12] 杨启明,张园. 反应釜用剖分式机械密封设计[ C] .中国化工学会 2008 年化工机械年会论文集,2008.

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