釜用機(jī)械密封的應(yīng)用研究

1、釜用機(jī)械密封的應(yīng)用研究王洪群，虞培清,章志耿(浙江長(zhǎng)城減速機(jī)有限公司，浙江溫州325028丿摘 要.釜用機(jī)械密封的使用工況復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)失效或損壞,特別是在側(cè)入式攪拌設(shè)備上，或介質(zhì)具有腐蝕性含固 體顆粒時(shí)，必須針對(duì)性的研究設(shè)計(jì)才能保證機(jī)械密封使用性能。結(jié)合對(duì)機(jī)械密封長(zhǎng)期的應(yīng)用研發(fā)經(jīng)驗(yàn)對(duì)此作了論述，并 提出了不同條件下的解決方案。矢鍵詞機(jī)械密封，端面比壓，彈簧比壓，載荷系數(shù)中圖分類(lèi)號(hào)：th136文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 astudy on applicatbn on m echan fcal seal for vesselwang hong2qun, yu peiping, zhang zh逐eng(zhej

2、iang greatwall reducer co , ltd , wenzhou 32502& china)a b stra c t: working condition of m echan ical seal fc)r vessel is complicated the mechanical sea is are often d isab led and dam： aged to gua ran tee the u sefii i p rop e rty of m echan ica 1 sea l we should study and design them fo r jp

3、ec ia 1 c ircini stance such as side entry agitating equipment, cormsive medium and mediiin with solid gninule a11 these are combined with bng studying and ex2 pbring experiences and discussed resolving piojects are figured out in different caseskey words: mechanical seal; face pressure; jpring pres

4、sure; bad foe tor收槁日期：2007-11-05修槁日期：2008-04-181前言在橡膠密封填料密封和機(jī)械密封三個(gè)密封 行業(yè)中，機(jī)械密封是發(fā)展最為迅速的新興學(xué)科/1/ 廣泛應(yīng)用在輸送泵以及攪拌反應(yīng)的動(dòng)力傳輸軸笊 密封，只有當(dāng)介質(zhì)為有毒 易燃 高壓以及衛(wèi)生級(jí) 要求的場(chǎng)合采用磁傳動(dòng)技術(shù)，磁傳動(dòng)技術(shù)可以實(shí) 現(xiàn)零泄漏/2/。本文著重論述攪拌反應(yīng)釜用機(jī)械客 封。釜用機(jī)械密封工況復(fù)雜惡劣 攪拌軸長(zhǎng) 軸徑 大介質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)多變化 壓力溫度波動(dòng)大 等，常使機(jī)械密封失效或損壞，各個(gè)機(jī)械密封研突 生產(chǎn)單位需要針對(duì)用戶(hù)具體使用條件有針對(duì)性的 設(shè)計(jì)制造機(jī)械密封產(chǎn)品。2側(cè)攪拌用機(jī)械密封在電廠的濕法

5、佑灰石-石膏法丿煙氣脫硫 中，核心裝置吸收塔用的側(cè)入式攪拌機(jī)基本采用進(jìn)產(chǎn)品，因?yàn)閲?guó)產(chǎn)的側(cè)入式攪拌機(jī)的機(jī)械密封 不能滿(mǎn)足吸收塔中高腐蝕性高固含量的工況，經(jīng) 常發(fā)生泄漏。通過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究，成功開(kāi)發(fā) 了 261型側(cè)攪拌用機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1261型側(cè)攪拌用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意等寬的碳化硅對(duì)碳化硅的硬對(duì)硬摩擦副結(jié) 構(gòu)，可耐含有固體顆粒介質(zhì)的腐蝕和磨蝕；內(nèi)裝區(qū) 流內(nèi)開(kāi)放環(huán)境并且改用外沖洗結(jié)構(gòu)，可以避免均 積堵塞并及時(shí)清理泄漏結(jié)垢，從而保證摩擦副的 良好工作條件，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的密封安裝結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了 機(jī)械密封維護(hù)過(guò)程中的帶料更換，這個(gè)功能是耗 側(cè)攪拌用機(jī)械密封和側(cè)入式攪拌裝置整體配合謖 計(jì)完成的。整體結(jié)

6、構(gòu)如圖2所示。小錐眉輪部件電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器/字沖洗口閥門(mén)軸承軸承油杯攪拝軸防塵蓋脹緊奩:由封軸承壓蓋放油螺塞/ 輔助支承'油封、油封壓蓋安裝法、二261型機(jī)披密封詁出軸jq聯(lián)軸器'機(jī)架吊索機(jī)封1/4”沖洗液閥門(mén)1/4”檢査口閥門(mén)內(nèi)機(jī)架及堵頭攪卄器圖2 261型側(cè)攪拌用機(jī)械密封與側(cè)入式攪拌裝置整體結(jié)構(gòu)示意帶料更換過(guò)程.(1) 拆卸前先將安裝法蘭處沖洗口的自來(lái)水 或壓縮空氣的閥門(mén)打開(kāi)，將堵頭內(nèi)腔沖刷片刻后 尖閉，便于使固體顆粒排岀；(2) 拆下減速機(jī)防塵蓋及輸出軸擋圈后，隹 將減速機(jī)輸出軸兩端的脹緊套在拆下固緊螺栓后 用螺栓將其慢慢頂出，拆卸時(shí)用力需對(duì)稱(chēng)均勻；(3丿先將機(jī)械密封的限位板

7、卡入軸套槽內(nèi)， 并用螺釘緊固后，拆下機(jī)械密封的固定螺栓和自 緊壓板螺釘；(4丿用專(zhuān)用扳手將輸出軸往外拉并同時(shí)逆旳 針旋轉(zhuǎn)，直到無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)為止。此時(shí)，堵頭已處于錢(qián) 緊密封狀態(tài)，打開(kāi)檢查口的閥門(mén)，確認(rèn)無(wú)物料排出 后說(shuō)明堵頭已處于完全密封狀態(tài)；(5丿拆掉聯(lián)軸器及平鍵后，將機(jī)械密封從機(jī) 架內(nèi)拆出，矢閉檢查閥門(mén),再打開(kāi)沖洗水閥門(mén)， 將機(jī)械密封和堵頭內(nèi)腔沖洗干凈后，另閉沖洗水 閥門(mén)；(6丿換上新的機(jī)械密封，將其慢慢地推入機(jī) 械密封座內(nèi)，并注意機(jī)械密封進(jìn)液口的方位；(7丿將脹緊套推入輸出軸兩端，并裝上軸端 擋圈，然后用聯(lián)軸器將輸出軸與攪拌軸連接，確祕(mì) 連接正確后再用專(zhuān)用扳手按相反方向011貞時(shí)針 旋轉(zhuǎn)并前推，

8、使軸端扌當(dāng)圈及脹緊套與減速機(jī)空心 軸內(nèi)槽完全緊貼為止。此時(shí)再正反方向旋轉(zhuǎn)數(shù) 圈，檢查攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，若無(wú)卡擦現(xiàn)象，訪 明此時(shí)堵頭已處于脫離狀態(tài)，觀察機(jī)械密封排液 應(yīng)無(wú)物料流出,確認(rèn)軸向位置無(wú)誤后，用力矩扳 手將脹緊套用螺栓緊固，同時(shí)注意調(diào)整輸出軸三 攪拌軸的同軸度，再次用專(zhuān)用扳手正 反旋轉(zhuǎn)數(shù)圈確認(rèn)安裝正確后,將機(jī)封用螺栓固定,并用螺 釘將自緊壓板鎖緊后，拆去機(jī)械密封的限位板歿 固定用螺釘，整個(gè)帶料維護(hù)或更換機(jī)械密封的勾 程就完成了。3強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)條件下的機(jī)械密封聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封被用于強(qiáng)腐蝕性 介質(zhì)的場(chǎng)合，目前在hg/t20982001和hg t2057 - 2003行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的21

9、2型波紋管機(jī)械密 封的耐壓值均為0. 4mpao預(yù)緊鉤動(dòng)壞座外動(dòng)環(huán)組件緊定螺釘靜壞壓蓋四滾襯層2mm密対液（a）徑向雙端面波紋管機(jī)械密封門(mén)型圈靜壞嗪法工：軸奩螺営緊定叫喩密封箱蓋應(yīng)動(dòng)環(huán)推環(huán).大久端靜壞軸套密封液波紋管動(dòng)環(huán)組件靜壞壓爐c 介質(zhì)端靜環(huán)密封箱體竺2、-（）型圈 冷質(zhì)2f ：四氟襯層2nu（b）軸向雙端面波紋管機(jī)械密封圖3雙端面波紋管機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封沒(méi)有副密封結(jié) 構(gòu)，它自身耐腐蝕性好，只是波紋管強(qiáng)度的限制使 得它的耐壓值不高，利用雙端面機(jī)械密封的封液 來(lái)降低波紋管兩側(cè)的壓差有效地提高了聚四氟乙 烯波紋管機(jī)械密封的工作壓力，圖3為某公司謖 計(jì)的214型徑向雙端面機(jī)

10、械密封和216型軸向雙 端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意，該機(jī)械密封可提高工作 壓力到1. 6mpa、2 4mpa。已經(jīng)對(duì)此申請(qǐng)國(guó)家專(zhuān) 利。計(jì)算波紋管機(jī)械密封載荷系數(shù)需要先求得有 效直徑，有效直徑與波紋管工作狀態(tài)波形 波數(shù) 及材料等有尖，通常車(chē)制的聚四氟乙烯矩形波 的有效直徑2為:0 二沽（d； +d；） 7，/2式中d、, 0 皮紋管的外徑和內(nèi)徑，m因?yàn)槟Σ炼嗣鎯?nèi)外側(cè)載荷系數(shù)之和為1,帀 有效直徑把載荷系數(shù)分成了兩個(gè)部分，通常波級(jí) 管機(jī)械密封為平衡型或部分平衡型結(jié)構(gòu)。摩擦端面的相對(duì)位置會(huì)影響載荷系數(shù)，內(nèi)裝 內(nèi)流式機(jī)械密封的載荷系數(shù)為(2)外裝外流式機(jī)械密封的載荷系數(shù)為；（，d - d式中k、k<,

11、 一皮紋管單端面機(jī)械密封內(nèi)裝內(nèi) 流和外裝外流的載荷系數(shù)i）2、d 摩擦端面的外徑和內(nèi)徑，m4設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題4. 1載荷系數(shù)作用在密封環(huán)帶單位面積上凈剩的閉合力端 面比壓幾,是影響機(jī)械密封性能的重要因索之 一。它主要由三部分組成（1）彈簧力巴,即彈性元件施加到密封環(huán)帝 單位面積上的壓緊力；（2）平均液膜靜壓力 氏，它除了保持密封貢 處于一定的潤(rùn)滑狀態(tài),還起到企圖推開(kāi)端面的作 用；（3丿摩擦端面內(nèi)外側(cè)壓力通過(guò)補(bǔ)償環(huán)在端直 上的作用力幾，它受外載荷系數(shù)k或內(nèi)載荷系數(shù) /c的影響，隨著工作壓力的提高，機(jī)械密封由單端 面向雙端面或多端面改變，載荷系數(shù)由非平衡向 平衡過(guò)度，端面比壓值以及端面比壓的波動(dòng)

12、性者i 得到了控制,因而能更好的滿(mǎn)足使用要求。非平衡設(shè)計(jì)并非是刻意用來(lái)滿(mǎn)足使用要求 而僅僅是為了減少成本，理想的情況是釜用機(jī)楓 密封均設(shè)計(jì)成平衡型。一種機(jī)械密封通常要適應(yīng)一定的工作壓力范 圍,下面是表達(dá)端面比壓幾與彈贊比壓p,平均 液膜靜壓力幾以及載荷系數(shù)影響在端面上的作 用力幾之間的矢系式.pc = p, pm + pd二 e -+ a 丿 + （k pz. + k. r.） 式中入一崙面液膜反壓系數(shù)psl 封液壓強(qiáng)，mp"pl質(zhì)側(cè)壓強(qiáng),mpa對(duì)單端面情況下考慮大氣側(cè)壓力為0. impa 并被忽略不計(jì)時(shí)的表達(dá)式：pc =ps +pl （匕-入丿（4）隨端面液膜反壓系數(shù)a不同，載荷系

13、數(shù)k應(yīng) 隨之改變,這樣才能保證機(jī)械密封工作中端面比 壓的穩(wěn)定。對(duì)于雙端面機(jī)械密封，封液與介質(zhì)|耳 的壓差很小,介質(zhì)側(cè)的載荷系數(shù)如何選取對(duì)介質(zhì) 側(cè)端面比壓影響不大，大氣側(cè)的載荷系數(shù)正確遡 擇尤為重要,最好接近端面液膜反壓系數(shù)入，單端 面干磨條件下通常取a值為q 7,雙端面有封液 時(shí)，通常入值取為q 5左右,所以雙端面大氣側(cè)韋 荷系數(shù)&也應(yīng)該在（1 5左右。4. 2工作壓力選擇使用機(jī)械密封時(shí)，要同時(shí)考慮機(jī)械密封 所承受的壓力以及是否存在壓力波動(dòng)。雙端面機(jī) 械密封的耐壓能力通常只受大氣端載荷系數(shù)影 響，在介質(zhì)端，因?yàn)榉庖簤簭?qiáng)和介質(zhì)壓強(qiáng)接近，坦 可用（人+hj/2表達(dá)，摩擦端面內(nèi)外側(cè)載荷壽 數(shù)

14、之和k、+ k = 1,封液a =0 5,由式（3丿可算得 介質(zhì)端的端面比壓近似等于彈簧比壓pc二幾-入（幾+pl） + （k凡+ km丿二巴+ （幾+幾丿（0 5 入丿=p,單端面機(jī)械密封和雙端面機(jī)械密封的大氣端 是機(jī)械密封耐壓能力的控制環(huán)節(jié)，雙端面機(jī)械密 封的大氣端比單端面機(jī)械密封具有更好的潤(rùn)滑和 冷卻條件。所以單端面的耐壓能力通常為0. 4 m pa,而雙端面機(jī)械密封的非平衡型設(shè)計(jì)的大氣 端耐壓能力可以到0. pa,若提高雙端面機(jī)械密 封的耐壓值，載荷系數(shù)要選擇正確，應(yīng)該與端廁液 膜反壓系數(shù)相對(duì)應(yīng)。4. 3干磨機(jī)械密封衽干磨條件下工作時(shí)，沒(méi)有流體冷 卻和潤(rùn)滑,這吋控制端面比壓顯得更為重要

15、,除了 要采用合理的彈簧比壓以及準(zhǔn)確的平衡設(shè)計(jì),還 應(yīng)選用自潤(rùn)滑性好,導(dǎo)熱能力強(qiáng)的摩擦材料，比如 青銅石墨碳化鵠等。4. 4標(biāo)準(zhǔn)型機(jī)械密封的選擇釜用機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn) 統(tǒng)一規(guī)定了裝配尺寸以及定性的說(shuō)明了不同壓力和條件下的結(jié)構(gòu)形式，由 于歷史原因和用戶(hù)的實(shí)際使用條件的差異，老標(biāo) 準(zhǔn)仍然被使用，選用時(shí)應(yīng)慎重。比如hg/t20981991中的202型機(jī)械密封，因?yàn)樗嬖谥缓?理因素，在2001新版中已經(jīng)被淘汰，202型機(jī)械 密封為過(guò)平衡結(jié)構(gòu)，按照載荷系數(shù)為q 4,液壓 反壓系數(shù)入為0. 7以及它的耐壓等級(jí)為0. 25m pa,分析它的端面比壓：p< =ps +pl （匕.入丿 0 275 （mpa

16、）若按照通常的彈簧比壓取值在0. 150.3 mpa之問(wèn)，端面失去壓緊力引起泄漏，起碼彈簧比 壓應(yīng)取在q 45mpa以上，而在負(fù)壓使用時(shí)，端面 比壓為：pc二代+ （a 1丿刈0 4 - q 7）=（1 56 （mpa）機(jī)械密封一直在較高的端面比壓下工作。由 此可見(jiàn)，本型號(hào)的設(shè)計(jì)不合理，適應(yīng)壓力范圍很 窄,可以用同一標(biāo)準(zhǔn)中的204型取代選用。應(yīng)用中還發(fā)現(xiàn)hg/t21571中的2004及2005 在工作壓力較高時(shí)經(jīng)常失效，比如接近1. ®ipa。 2004和2005型機(jī)械密封大氣端是非平衡設(shè)計(jì)， 載荷系數(shù)用= 1. 2,介質(zhì)壓力用pl = 1. 6, z =q 5代入式得.p,二只+人

17、（匕-入丿二e +1. 12 （mpa）計(jì)算結(jié)果顯然大大超過(guò)了端面比壓的合理范 圍0. 2q np",因此，對(duì)于需要提高工作壓力在1. 6mpa以下的情況可以選擇206 '207或2006、 2007等型號(hào)取代2004或2005型機(jī)械密5結(jié)語(yǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)用釜用機(jī)械密封時(shí)，目前沒(méi)有完善全 面的標(biāo)準(zhǔn)可依，但機(jī)械密封的相矢理論和技術(shù)基 礎(chǔ)已經(jīng)很豐富，更多時(shí)候需要根據(jù)密封位置介質(zhì) 的物理化學(xué)性質(zhì)工作壓力以及溫度情況等有針 對(duì)性的做具體設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足不斷出現(xiàn)的客觀需要。ct轉(zhuǎn)第67頁(yè)）應(yīng)壓縮比為9的發(fā)動(dòng)機(jī)。為防止高壓下可能 引起天然氣自燃，壓縮比為12比較適宜。目前h 內(nèi)汽油機(jī)的壓縮比絕大多數(shù)在

18、9以下，對(duì)于汽油 機(jī)改裝的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言,可以通過(guò)更改專(zhuān)莊 的活塞或缸蓋等方法適當(dāng)提高壓縮比，從而提高 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。圖6是在室外環(huán)境溫度為7°c,室內(nèi)環(huán)境涯 度為20 w，發(fā)動(dòng)機(jī)功率及燃?xì)鉄岜眯阅芟禂?shù)隧 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的特性曲線。可以看出，隨著發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率減小，熱泵愆 率有所升高,這表明燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)具有良好的部 分負(fù)荷性能/8/。當(dāng)系統(tǒng)部分負(fù)荷運(yùn)行吋，需要來(lái) 發(fā)動(dòng)機(jī)和熱泵機(jī)組進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,由于發(fā)動(dòng)機(jī)是 通過(guò)皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)行的，所以可以 通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，從帀 改變壓縮機(jī)的排量,完成熱泵的容量調(diào)節(jié)。5035o 564.20

19、 i 3.0 100020003000發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)圖6發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)熱泵系統(tǒng)性能的影響4結(jié)論(u在各個(gè)工況下,天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)都存在最 優(yōu)點(diǎn)火提前角，此時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的功率最大,燃料消 耗率最小。(2丿過(guò)暈空氣系數(shù)影響天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)庀?耗率和排放性能。要同時(shí)實(shí)現(xiàn)低排放高效率，必 須對(duì)過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化控制。(3丿壓縮比越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和熱效率越 高。但是受到天然氣性質(zhì)的影響,壓縮比不可能 無(wú)限制的增大，一般采用12比較適宜。(4丿降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率隧 之減小，但整個(gè)系統(tǒng)的cop所有升高，這表明擁 氣熱泵系統(tǒng)具有良好的部分負(fù)荷性能。參考文獻(xiàn)i 1 1朱訪君，吳堅(jiān)內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)

20、程數(shù)值計(jì)算及其優(yōu)化【m 1，北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1997.吳業(yè)正.小型制冷裝置設(shè)計(jì)指導(dǎo)im 北京：機(jī)械工 '業(yè)出版社，199&翁文兵，王瑾竹，張恩照電子膨脹閥的制冷劑流量 3特性的實(shí)驗(yàn)研究jj.流體機(jī)械，1998, 26 (10): 58261.w edek ind g l. b ha tt b l, b eck b t a systan m ear 4 1 void fractbn mode 1 forpredicting varbus transientphe2 nan ena a ssoc ia ted w ith kvo p ha se evjjpo ni ting and con2 den s