管線位置對泵用機械密封的影響

王 勁

(遼寧機電職業(yè)技術(shù)學院,遼寧 丹東 118009)

管線位置對泵用機械密封的影響

王 勁

(遼寧機電職業(yè)技術(shù)學院,遼寧 丹東 118009)

機械密封的穩(wěn)定運行不僅取決于機械密封本身的結(jié)構(gòu)、材料及參數(shù)的合理選擇，還與機械密封的外部條件有關(guān)系.本文從外部條件的角度入手，分析了在采用PLAN23方案時，沖洗管線位置的合理排布，使PLAN23方案起到良好的作用，從而使機械密封在良好的工作環(huán)境中運行，提高機械密封使用壽命，保證設備的穩(wěn)定運行.并以高溫高壓鍋爐給水泵中管線位置的排布為例，說明了在PLAN23方案中管線接口位置合理的排布對密封使用壽命的影響.

沖洗；位置；使用壽命

1 問題的提出

機械密封的可靠運行，在設計時不僅取決于機械密封本身的內(nèi)部條件如結(jié)構(gòu)選擇、材料選擇及參數(shù)選擇，還取決于機械密封的外部條件.如合理地選擇沖洗方案、現(xiàn)場合理的管線布置、合理的操作等等.一旦密封出現(xiàn)失效時，人們往往習慣于在密封內(nèi)部條件上去找失效的原因，而很少去關(guān)注機械密封的外部條件，而在實際中往往是因為外部條件中的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了不合理的選用，影響了整個機械密封的使用效果.可見，機械密封外部條件對機械密封的穩(wěn)定運行有著極其重要的作用.

2 PLAN23方案介紹

影響機械密封外部條件有很多種，包括輔助沖洗方案的合理選用、輔助沖洗管線的合理布置等等.同時，沖洗管線的布置與沖洗方案有著很大的內(nèi)在關(guān)系.因此，我們首先介紹一下最常見的一種沖洗方案PLAN23.

在API682-2004中提出了約22種輔助沖洗方案[1]19-34，其中在針對高溫高壓鍋爐水工況，PLAN23方案是比較常用的一種.方案合理選擇還與方案中管線位置排布有著很大的關(guān)系，合理的排布能使沖洗方案工作時更加可靠，達到預期作用，從而保證機械密封的穩(wěn)定運行[2]62-67.

水在常溫、常壓狀態(tài)下，對密封性能的要求不是很高，但是在高溫、高壓的條件下，考慮到水本身的物理性質(zhì)及水的蒸汽飽和壓，使其在此種條件下，水很容易產(chǎn)生汽化，從而導致機械密封端面間不容易形成穩(wěn)定的液膜，這樣的話，使機械密封端面處于一種干摩擦狀態(tài)，導致密封端面磨損嚴重，使機械密封非正常失效，縮短了機械密封使用壽命[3]29-30.

在API682-2004中提到“在溫度高于82℃(180℉)熱水的工況下，應采取適當?shù)睦鋮s措施，以保證介質(zhì)具有良好的潤滑性”.原因是機械密封在正常運轉(zhuǎn)時，端面之間是相對滑動的狀態(tài)，端面之間就會產(chǎn)生一種摩擦現(xiàn)象，摩擦后就會在密封端面周圍產(chǎn)生大量熱量，使設備運行時的溫度升高.溫度越高，水的飽和蒸汽壓就越高，但是在實際設備運行時輸送壓力是一定的，一旦密封運行時所產(chǎn)生的摩擦熱不能被及時帶走，就會導致密封腔的溫度升高，使其飽和蒸汽壓力超過輸送壓力，造成介質(zhì)汽化，密封端面間液膜被破壞，無法形成穩(wěn)定的液膜，密封端面磨損加劇，從而導致密封失效[3]29-30.

因此，為了使端面摩擦熱能快速地散發(fā)出去，需要采用合適的輔助沖洗方案來降低密封運行時的溫度.通過大量實踐應用發(fā)現(xiàn)，此類介質(zhì)的沖洗方案一般情況下都選擇采用PLAN23方案.

如圖1所示，循環(huán)液由密封腔中的泵送環(huán)從循環(huán)出口(1)送出，經(jīng)換熱器(6)返回到密封循環(huán)入口(2)，通過冷卻少量循環(huán)液來最大限度減少換熱器的熱負載.其中換熱器的應用可以充分降低密封腔的溫度.

圖1 密封腔及管道儀表流程1.循環(huán)出口；2.循環(huán)入口；3.急冷(排液)接口；4.密封腔；5.泵送環(huán)；6.換熱器；7.節(jié)流襯套；8；排氣口

在此沖洗方案中，影響PLAN23方案冷卻效果的因素有很多，如泵送環(huán)形式的合理選擇、換熱器大小的選擇、循環(huán)出入口位置的排布等等.其中循環(huán)出入口位置的排布，將直接影響到整個輔助系統(tǒng)的工作情況，一旦布置不合理，則可能在安裝或運行時產(chǎn)生氣阻，使循環(huán)出入口之間無法形成循環(huán)，這樣的話，換熱器就無法起到降低溫度的作用，當然也無法降低密封運轉(zhuǎn)溫度，容易讓密封處于氣態(tài)運行環(huán)境中，使密封端面不能形成穩(wěn)定的液膜，從而加劇密封端面磨損影響密封使用壽命.

3 實例分析：管線位置的合理布局對機械的影響

以某廠的高溫高壓鍋爐水泵的管線排布為例實際說明一下接口位置布置的合理性對密封的影響.該設備的相關(guān)設計參數(shù)如表1所示.

表1 設計參數(shù)

該設備沖洗方案接口位置布置在最初設計如圖2所示，從圖2中可見，PLAN23方案的沖洗出口在密封腔上設置，沖洗入口排布在密封壓蓋上，從圓周方向看(圖2中的A向示意)，沖洗入口布置在正上方(12點鐘方向)，沖洗出口布置左上方位置(在10點鐘方向上)，如果采用這種接口布置方式，那么就存在一個很大的缺點.

圖2 初始密封管線接口布置示意圖

從圓周方向上看，沖洗出口的位置低于沖洗入口的位置，因此可能會在密封腔的某一部分存在著氣體無法及時排凈的情況，會出現(xiàn)如圖2中的B區(qū)域為液體區(qū)域，C區(qū)域可能就會存在著氣體. 由于密封端面的外徑低于密封腔內(nèi)徑，因此這套密封在運行時，密封端面有一部分是處于氣態(tài)狀態(tài)中的，使端面磨損加劇，另外在沖洗入口接口處的氣體如果無法及時排凈，容易形成氣阻，阻礙換熱器的循環(huán)，使換熱器無法起到冷卻作用，不能及時帶走摩擦熱，從而影響密封的使用壽命.

根據(jù)以上分析，考慮到設備本身的結(jié)構(gòu)尺寸，由于接口位置的軸向方向的尺寸無法更改，圓周位置的沖洗出口位置無法全部改變.因此，經(jīng)過與設備廠商的溝通，我們決定更改沖洗入口的位置，如圖3所示(A向示意)，我們將沖洗入口的接口位置設置在水平方向的右側(cè)(3點鐘方向)，在正上方設置一個排氣孔(12點鐘方向).

圖3 更改后的密封管線接口布置示意圖

這樣的話，在設備運行前，采用手動盤車，使密封腔中的氣體可以從正上方的排氣孔排出，待氣體排凈后，設備正式運轉(zhuǎn)前再將此口堵塞，且在圓周方向上，沖洗入口接口的位置低于沖洗出口的位置. 在設備運轉(zhuǎn)的時候，區(qū)域D充滿了液體，密封端面始終處于液體中，而且這樣的接口消除了原先設計中存在氣阻影響循環(huán)的設計隱患，保證了換熱器的循環(huán)順暢，使換熱器起到降溫的作用，使密封的工作環(huán)境得到改善，延長密封的使用壽命.

4 結(jié)語

通過以上的敘述可以看出，在進行密封設計時，如果沖洗管線位置接口布置得不合理，將會直接影響到密封的運行狀態(tài)，從而影響到密封的使用壽命.因此，在進行密封設計的時候，不僅要考慮到密封本身的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料的選擇，還要注意輔助沖洗方案的選擇，并且要在設計時結(jié)合設備的結(jié)構(gòu)尺寸，合理的布置接口位置，這樣才能使設計出的機械密封產(chǎn)品符合要求，保證密封的可靠運行，滿足用戶的使用期望，達到雙方面滿意的目的.

[1] 顧永泉. 機械密封實用技術(shù)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2001.

[2] 陳德才, 崔德容. 機械密封設計制造與使用[M]. 機械工業(yè)出版社, 1993.

[3] 車萬慧, 劉 斌, 李景濤. 適用于高溫熱水工況的機械密封方案[M]. 化工設備與管道, 2010.

[責任編輯 迎客松]

The Influence of Pipeline Location for Mechanical Seal

WANG Jin

(LiaoningMechanicalandElectricalEngineeringPolytechnic,Dandong118009,China)

Stable operation of the mechanical seal depends not only on the Mechanical seal structure itself、materials and reasonable selection of parameters, but also the relationship with the external conditions of the mechanical seal. The paper, starting from the point of view of external conditions, analyzed that when using PLAN23, PLAN23 played a good action, so that the mechanical seal run in a good working environment to improve the mechanical seal life and ensure the stable operation of the device. Moreover, taking high-temperature high-pressure boiler feed pumps in the pipeline location arrangement as an example, the paper illustrated the influence of the program in PLAN23 pipeline connector locations reasonable arrangement to seal life.

flushing； position； life

2014-12-10

王 勁(1968- )，男，上海人，遼寧機電職業(yè)技術(shù)學院教務處實驗師，主要從事機械制造研究。

1671-8127(2015)02-0058-03

TH136

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