基于Proe的機(jī)械密封參數(shù)化建模及其改進(jìn)探究

基于Proe的機(jī)械密封參數(shù)化建模及其改進(jìn)探究本論文研究對(duì)象為美國(guó)福斯的5級(jí)離心泵，因此利用Proe專業(yè)三維造型軟件對(duì)福斯5級(jí)離心泵的機(jī)械密封進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行虛擬的自動(dòng)化裝配，可以在三維模型的基礎(chǔ)上直觀地了解機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)組成，具體分析機(jī)械密封的易滲漏部位。一、機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和工藝分析機(jī)械密封的構(gòu)成及材料的選擇。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)種類繁多，機(jī)械密封主要部件的結(jié)構(gòu)組成如下。1.靜環(huán)。靜環(huán)是不能做軸向移動(dòng)的密封環(huán)，一般固定在壓蓋上不隨軸旋轉(zhuǎn)；在另一些結(jié)構(gòu)中靜環(huán)也可能是固定在軸套上而隨著軸一起旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)，但不能做軸向移動(dòng)，也不與彈簧連接。通常靜環(huán)充當(dāng)摩擦副中的軟環(huán)，為了在運(yùn)行中長(zhǎng)期不破壞硬環(huán)的平直度和光潔度，要求靜環(huán)材料的硬度小于動(dòng)環(huán)材料的硬度，而且靜環(huán)材料還應(yīng)有自潤(rùn)滑性或具有在端面間保持潤(rùn)滑液膜的表面性能。常用的靜環(huán)材料有石墨、青銅、四氟乙烯等，特殊情況下還可采用YG合金或陶瓷。2.動(dòng)環(huán)。動(dòng)環(huán)就是可以做軸向移動(dòng)的密封環(huán)。在彈簧力的作用下，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)貼緊形成一對(duì)滑動(dòng)摩擦的密封端面。在密封斷面逐漸磨耗的過程中，動(dòng)環(huán)及時(shí)地做軸向移動(dòng)，始終與靜環(huán)貼緊，并隨著軸一起旋轉(zhuǎn)。3.壓蓋。壓蓋是密封室的端蓋，在另一些結(jié)構(gòu)中，壓蓋也可能兼作彈簧座。壓蓋上設(shè)有沖洗液輸入孔，當(dāng)被密封介質(zhì)溫度太高而為摩擦副所不允許，則由輸油主泵引來一股低溫的、不含雜質(zhì)的介質(zhì)由沖洗孔經(jīng)壓蓋注入密封室內(nèi)，于是機(jī)械密封裝置就只與注入的沖洗液接觸，實(shí)際上變成對(duì)沖洗液密封了，這就改善了機(jī)械密封的工作條件。沖洗液在一級(jí)葉輪出口壓力的作用下，源源不斷地以適當(dāng)小流量注入密封室并沿著軸向流進(jìn)泵腔內(nèi)，混進(jìn)被輸送的介質(zhì)從泵的出口輸出。由于沖洗液就是輸油主泵的輸送介質(zhì)，所以不存在影響成品油品質(zhì)的問題。在沖洗的過程中，整個(gè)摩擦副也得到了冷卻。壓蓋上還設(shè)有3個(gè)互為120°的泄漏檢測(cè)孔，位于靜環(huán)安裝位置下面的階梯孔的側(cè)面，當(dāng)摩擦副受到破壞時(shí)，被密封的介質(zhì)在泵內(nèi)液體高壓作用下會(huì)逐漸滲透摩擦端面，并順著靜環(huán)內(nèi)壁流出泵體，此時(shí)泄漏檢測(cè)孔就會(huì)收集這些泄漏的介質(zhì)在與之相連的泄漏檢測(cè)壓力表中顯示泄漏壓力，供值班人員觀察是否泄漏超高。4.彈性元件。為了使動(dòng)環(huán)緊貼在靜環(huán)上，必須有彈性元件對(duì)動(dòng)環(huán)施加軸向推力，本機(jī)械密封的彈性元件采用幾個(gè)小直徑的螺旋彈簧。為了帶動(dòng)動(dòng)環(huán)與彈簧支座一起繞軸旋轉(zhuǎn)，彈簧支座上還設(shè)有3個(gè)防轉(zhuǎn)銷，互為120°。5.密封圈。動(dòng)環(huán)與軸向滑移面之間必須有密封圈，壓蓋與殼體端面之間、靜環(huán)與壓蓋之間均需要裝設(shè)密封圈，由于這些均屬于靜密封，故采用一般的O形橡膠密封圈或聚四氟乙烯密封圈就可以達(dá)到滿意的密封效果。二、關(guān)于新型機(jī)械密封靜環(huán)壓套及過濾器改良設(shè)計(jì)構(gòu)想1.靜環(huán)固定方式新設(shè)計(jì)。由于原先機(jī)械密封的靜環(huán)尾部有一個(gè)U形槽，用于固定靜環(huán)，使得靜環(huán)壓套的尺寸受到了限制，因此新型機(jī)械密封靜環(huán)壓套的設(shè)計(jì)必須摒棄固定銷釘?shù)姆绞剑遣捎肙形環(huán)。此O形環(huán)可以起到固定靜環(huán)的作用，也可以起到使靜環(huán)和外界隔離的作用。在不受外力的作用下，O形環(huán)的內(nèi)徑尺寸比靜環(huán)的外徑尺寸要小，新加工的靜環(huán)壓套用于固定O形環(huán)的槽的內(nèi)徑尺寸比O形環(huán)的外徑尺寸要小，安裝時(shí)需要用力才能把靜環(huán)壓入O形環(huán)中，如此設(shè)計(jì)才能使O形環(huán)既能把靜環(huán)抱緊又能把靜環(huán)壓套撐緊。2.動(dòng)環(huán)固定轉(zhuǎn)換套的設(shè)計(jì)。新設(shè)計(jì)的機(jī)械密封增加了動(dòng)環(huán)固定轉(zhuǎn)換套及動(dòng)環(huán)夾緊環(huán)，之所以如此設(shè)計(jì)，是因?yàn)樵瓩C(jī)械密封的動(dòng)環(huán)與彈簧支座是靠著3個(gè)互為120°的固定銷釘連接，在正常輸油進(jìn)口壓強(qiáng)0.6~1MPa作用下，極易通過銷釘與動(dòng)環(huán)之間縫隙直接作用于動(dòng)環(huán)密封圈，若動(dòng)環(huán)密封圈老化，容易造成泄漏。既是一個(gè)泄漏隱患，也是一個(gè)不安全因素。因此設(shè)計(jì)這個(gè)動(dòng)環(huán)固定轉(zhuǎn)換套將彈簧支座及摩擦副放在后面，避免輸油壓力直接作用于動(dòng)環(huán)密封圈，動(dòng)環(huán)夾緊環(huán)通過緊固螺釘與動(dòng)環(huán)固定轉(zhuǎn)換套連接，起到夾緊作用。3.插板式過濾器的設(shè)計(jì)。此過濾器安裝位置選擇、葉輪出口的主管路以及兩旁進(jìn)入機(jī)械密封的分管路，濾網(wǎng)采用插板式安裝，為防止濾網(wǎng)腐蝕，材料宜選擇銅，利用鉆孔機(jī)加工，在3mm厚的銅板上鉆出2mm直徑的通孔，孔間距為2mm，插板頂部密封選擇M90的螺紋連接，并在螺紋內(nèi)部的退刀槽安裝尺寸合適的橡膠圈，密封管路中的油品。三、結(jié)論根據(jù)泵站現(xiàn)有備用機(jī)械密封件，利用Proe/EN-GINEER三維實(shí)體造型軟件對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行參數(shù)化建模，并最后提出新型機(jī)械密封靜環(huán)壓套及過濾器的設(shè)計(jì)構(gòu)想。1.動(dòng)環(huán)與彈簧支座的連接依靠高14mm、直徑4mm的3組互為120°的防轉(zhuǎn)銷釘，靜環(huán)與靜環(huán)壓套的連接依靠固定銷釘，靜環(huán)尾部開槽與銷釘配合，起到防止靜環(huán)隨軸旋轉(zhuǎn)的目的。2.靜環(huán)壓套外端設(shè)有冷卻沖洗管通道，利用輸油泵進(jìn)口介質(zhì)的壓力，通過旋風(fēng)過濾器將低溫、純凈的油品注入密封室并沿著軸向流進(jìn)泵腔內(nèi)，混進(jìn)被輸送的介質(zhì)從泵的出口輸出。在沖洗的過程中，整個(gè)摩擦副也得到了冷卻。3.經(jīng)過研究機(jī)械密封三維模型，得出其有五處易滲點(diǎn)：一是彈簧支座與軸的連接處；二是動(dòng)環(huán)與彈簧支座固定銷釘接觸處；三是靜環(huán)與壓蓋固定連接處；四是靜環(huán)壓套與泵殼連接處；五是動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的連接面。前四種為靜密封，采用O形圈密封，摩擦副采用動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的相互轉(zhuǎn)動(dòng)密封輸送介質(zhì)，屬于動(dòng)密封。4.新型機(jī)械密封靜