超低溫小型離心泵機(jī)械密封設(shè)計(jì)

1引言低溫液體是指沸點(diǎn)低于-100℃的氧氣，氮?dú)猓諝?，氫氣，碳?xì)浠衔餁怏w等甲烷的液相狀態(tài)。隨著石油化學(xué)工業(yè)以及空氣分離工業(yè)的快速發(fā)展，在各種化學(xué)過(guò)程和工藝流程中的低溫液體一直被廣泛使用。因此，低溫液體泵裝置已經(jīng)成為這些裝置的關(guān)鍵工藝之一。對(duì)于低溫泵來(lái)說(shuō)，最重要的問(wèn)題之一就是泵的密封性，由于低溫材料的限制，容易使工作流體汽化的因素，使得泵的密封性很難解決。 2密封結(jié)構(gòu)是為大型低溫液體泵設(shè)計(jì)的，一般采取立式泵結(jié)構(gòu)的形式，它是軸封密封保護(hù)系統(tǒng)的一種很好的布置和設(shè)計(jì)，但它配備的軸封系統(tǒng)非常大，復(fù)雜，此處不予討論，僅在5-15m3 h的物料流量填充，揚(yáng)程≤120m的油輪/卸油泵和此范圍內(nèi)的泵送過(guò)程中采用密封進(jìn)行研究。 2.1密封參數(shù)：壓力：1.3MPa溫度：-196℃速度：2900rpm密封軸直徑：35mm介質(zhì)：氧氣，氮?dú)夂鸵簯B(tài)碳?xì)浠衔?.2結(jié)構(gòu)類型和特征低溫液化氣泵中工作流體的保護(hù)性密封密封件有幾種替代形式：...機(jī)械密封件，吹塑b迷宮式填料。吹迷宮式密封件需要較長(zhǎng)的軸向尺寸，以填充油輪，排放泵太復(fù)雜，并且填料密封件壽命短，維護(hù)量大，因此，在不考慮選擇密封件設(shè)計(jì)的情況下。根據(jù)常規(guī)密封件選擇的原則，在對(duì)以上三種密封類型進(jìn)行綜合比較之后，確定了焊接金屬波紋管密封件的最終選擇?？紤]到介質(zhì)的低溫特性（易汽化，粘度低，難以在密封端面上形成液膜），以防止由于工作液在端面上的蒸發(fā)而引起的干摩擦。機(jī)械密封，出口和密封腔在泵內(nèi)打開(kāi)，這通常稱為美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API610附錄D“機(jī)械密封和管路示意圖”指定API解決方案1，其原理是依靠壓力差來(lái)沖洗密封端面并帶走摩擦熱，保持密封的液相狀態(tài)，從而保持密封潤(rùn)滑端面的摩擦面，以避免軸封凍結(jié)，在此需要氮?dú)獯祾邫C(jī)械密封件壓蓋的位置，它可以帶走少量從密封件泄漏的工作流體，以確保安全運(yùn)行。由于密封件要求高組裝，因此其組裝精度將直接影響密封件的性能。因此，密封設(shè)計(jì)被集成到一個(gè)集成的單元組件中，這便于快速拆卸。 2.3密封件的結(jié)構(gòu)特性在超低溫下運(yùn)行的泵始終處于輸送飽和液體的狀態(tài)，由于工作流體的蒸發(fā)，它們?nèi)菀装l(fā)生氣蝕和振動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)械密封件時(shí)必須考慮其浮動(dòng)性和跟隨性。金屬波紋管密封結(jié)構(gòu)采用靜態(tài)結(jié)構(gòu)，去除了傳統(tǒng)的動(dòng)環(huán)密封環(huán)，提高了動(dòng)環(huán)的浮動(dòng)性。它可以補(bǔ)償由于氣蝕和振動(dòng)引起的撓度引起的泵軸密封失效，并可以使泵運(yùn)轉(zhuǎn)。停止時(shí)請(qǐng)始終與密封面保持有效接觸。雙層波片撥入式傳輸波紋管結(jié)構(gòu)用于通過(guò)撥入插入件強(qiáng)制傳遞扭矩，以避免波片扭曲。動(dòng)環(huán)采用整體結(jié)構(gòu)，可有效減少溫度變形和力變形。 3材料的選擇3.1金屬材料選擇金屬?gòu)椥圆ㄆ牧蠒r(shí)，必須考慮材料在超低溫條件下的冷脆性和承受機(jī)械交變載荷的能力。根據(jù)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，介紹了鎳，銅和鋁含量更高的合金材料。在低溫下，強(qiáng)度和可塑性變化不大。因此，超低溫金屬材料主要是高鎳合金，銅和鋁，液態(tài)氧中使用的金屬材料是青銅，可以有效避免摩擦引起的摩擦。著火或爆炸。金屬波紋管中常用的波片材料是0Cr18Ni9Ti，AM-350等。與AM-350相比，0Cr18Ni9Ti材料的鎳含量是后者的兩倍，其低溫特性也比后者好。最后，將0Cr18Ni9Ti確定為密封波片材料。 3.2摩擦副材料根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選擇摩擦副的材料：靜態(tài)環(huán)材料：YG8（硬質(zhì)合金），動(dòng)環(huán)材料：M158Sb（石墨浸漬銻）可以勝任高速，高負(fù)荷，超低溫工作條件。 3.3輔助密封材料由于其長(zhǎng)期在超低溫下工作，根據(jù)目前的國(guó)內(nèi)材料情況，經(jīng)過(guò)篩選和比較，確定使用柔性石墨作為密封材料。在加工或組裝之前對(duì)所有材料進(jìn)行低溫加工非常重要。 4密封件的工業(yè)運(yùn)行測(cè)試和故障分析密封件是根據(jù)上述參數(shù)設(shè)計(jì)并加工成產(chǎn)品的。它最初應(yīng)用于液氮罐車卸料泵。運(yùn)行4-5小時(shí)后，機(jī)械密封件泄漏了，拆下密封件時(shí)，波紋管破裂了。檢測(cè)與判斷：（1）出廠參數(shù)檢查，波紋管自由高度無(wú)變化，（2）摩擦副（窄環(huán)）斷裂，外圈重傷，摩擦副（窄環(huán)）摩擦副（窄環(huán)）背面鑲嵌有磨損痕跡，明顯的磨損痕跡，（3）波紋管的外觀檢查波紋管環(huán)座外圈上有摩擦痕跡，無(wú)痕跡波紋管內(nèi)部和外部的碰撞或磨損。內(nèi)部焊縫破損。出現(xiàn)上述情況的可能原因：船尾軸與密封腔不同軸，壓蓋螺紋與軸不同軸等，活動(dòng)環(huán)和軸傾斜，從而導(dǎo)致靜環(huán)和波紋管環(huán)座靠近它傾斜的地方，波紋管環(huán)座和密封管接觸。總之，密封失效的原因是泵的安裝或泵主體零件的加工錯(cuò)誤導(dǎo)致波紋管環(huán)座傾斜并與壓蓋腔接觸，從而導(dǎo)致密封端面傾斜打開(kāi)，造成泄漏并繼續(xù)使用。當(dāng)波紋管環(huán)座的傾斜部分與壓蓋連續(xù)接觸時(shí)，波紋管將承受很大的扭矩。在操作過(guò)程中，石墨環(huán)在壓力作用下會(huì)破裂并損壞，這會(huì)引起沖擊，從而使波紋管破裂。 5.結(jié)論根據(jù)以上分析結(jié)果，在再次處理密封件時(shí)，增加壓蓋的內(nèi)孔，以使壓蓋與波紋管的靜環(huán)座之間的間隙調(diào)整為0.2mm。在組裝過(guò)程中，請(qǐng)嚴(yán)格檢查泵軸的徑向跳動(dòng)和軸向。軸和后蓋的運(yùn)動(dòng)和垂直度使其成為標(biāo)準(zhǔn)配置。重新安裝的機(jī)械密封件具有良好的運(yùn)行性能，平均壽命超過(guò)三個(gè)月。在開(kāi)發(fā)用于超低溫泵的機(jī)械密封件時(shí)，已使用了波片材料，例如AM-350和0Cr18Ni9Ti。實(shí)驗(yàn)證明，r18Ni9Ti材料可以在超低溫下長(zhǎng)時(shí)間使用。但是，國(guó)產(chǎn)波板材料，由于每批的化學(xué)成分不同，焊接工藝難以掌握，給焊接帶來(lái)很多麻煩，良率低，建議使用進(jìn)口板。