超低溫小型離心泵機械密封設(shè)計

1引言低溫液體是指沸點低于-100℃的氧氣，氮氣，空氣，氫氣，碳氫化合物氣體等甲烷的液相狀態(tài)。隨著石油化學工業(yè)以及空氣分離工業(yè)的快速發(fā)展，在各種化學過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。對于低溫泵來說，最重要的問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)計的，一般采取立式泵結(jié)構(gòu)的形式，它是軸封密封保護系統(tǒng)的一種很好的布置和設(shè)計，但它配備的軸封系統(tǒng)非常大，復雜，此處不予討論，僅在5-15m3 h的物料流量填充，揚程≤120m的油輪/卸油泵和此范圍內(nèi)的泵送過程中采用密封進行研究。 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，氮氣和液態(tài)碳氫化合物2.2結(jié)構(gòu)類型和特征低溫液化氣泵中工作流體的保護性密封密封件有幾種替代形式：...機械密封件，吹塑b迷宮式填料。吹迷宮式密封件需要較長的軸向尺寸，以填充油輪，排放泵太復雜，并且填料密封件壽命短，維護量大，因此，在不考慮選擇密封件設(shè)計的情況下。根據(jù)常規(guī)密封件選擇的原則，在對以上三種密封類型進行綜合比較之后，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。機械密封，出口和密封腔在泵內(nèi)打開，這通常稱為美國石油協(xié)會標準API610附錄D“機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)，從而保持密封潤滑端面的摩擦面，以避免軸封凍結(jié)，在此需要氮氣吹掃機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)計被集成到一個集成的單元組件中，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。因此，在設(shè)計機械密封件時必須考慮其浮動性和跟隨性。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)的動環(huán)密封環(huán)，提高了動環(huán)的浮動性。它可以補償由于氣蝕和振動引起的撓度引起的泵軸密封失效，并可以使泵運轉(zhuǎn)。停止時請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)用于通過撥入插入件強制傳遞扭矩，以避免波片扭曲。動環(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金屬材料選擇金屬彈性波片材料時，必須考慮材料在超低溫條件下的冷脆性和承受機械交變載荷的能力。根據(jù)相關(guān)測試數(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，選擇摩擦副的材料：靜態(tài)環(huán)材料：YG8（硬質(zhì)合金），動環(huán)材料：M158Sb（石墨浸漬銻）可以勝任高速，高負荷，超低溫工作條件。 3.3輔助密封材料由于其長期在超低溫下工作，根據(jù)目前的國內(nèi)材料情況，經(jīng)過篩選和比較，確定使用柔性石墨作為密封材料。在加工或組裝之前對所有材料進行低溫加工非常重要。 4密封件的工業(yè)運行測試和故障分析密封件是根據(jù)上述參數(shù)設(shè)計并加工成產(chǎn)品的。它最初應(yīng)用于液氮罐車卸料泵。運行4-5小時后，機械密封件泄漏了，拆下密封件時，波紋管破裂了。檢測與判斷：（1）出廠參數(shù)檢查，波紋管自由高度無變化，（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，活動環(huán)和軸傾斜，從而導致靜環(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?？傊芊馐У脑蚴潜玫陌惭b或泵主體零件的加工錯誤導致波紋管環(huán)座傾斜并與壓蓋腔接觸，從而導致密封端面傾斜打開，造成泄漏并繼續(xù)使用。當波紋管環(huán)座的傾斜部分與壓蓋連續(xù)接觸時，波紋管將承受很大的扭矩。在操作過程中，石墨環(huán)在壓力作用下會破裂并損壞，這會引起沖擊，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，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。在組裝過程中，請嚴格檢查泵軸的徑向跳動和軸向。軸和后蓋的運動和垂直度使其成為標準配置。重新安裝的機械密封件具有良好的運行性能，平均壽命超過三個月。在開發(fā)用于超低溫泵的機械密封件時，已使用了波片材料，例如AM-350和0Cr18Ni9Ti。實驗證明，r18Ni9Ti材料可以在超低溫下長時間使用。但是，國產(chǎn)波板材料，由于每批的化學成分不同，焊接工藝難以掌握，給焊接帶來很多麻煩，良率低，建議使用進口板。