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如何避免防转销顶触静环

2017-01-10孙卫江

中国设备工程 2016年16期
关键词:形圈压盖端面

孙卫江

(中国石油兰州石化公司设备维修公司支持中心,甘肃 兰州 730060)

如何避免防转销顶触静环

孙卫江

(中国石油兰州石化公司设备维修公司支持中心,甘肃 兰州 730060)

在安装、检修、更换机械密封静环时,为了避免防转销顶触静环,通常的做法是在静环防转槽底部与防转销留有1~2mm的间隙。在密封腔内压力较低(如<0.5MPa)的情况下,这种做法是可行的,但在密封腔压力较大的情况下,就存在防转销顶触静环的危险。尤其当静环材料为碳化硅时,其韧度低、脆性大的特性有可能导致静环断裂。本文通过实验的方法给出了静环槽底安全距离Lmax,以供在密封检修时参考。

实验;静环;防转销;O形圈;变形;安全距离

1 防转销、静环与O形圈

机械密封用于各种离心泵和转子泵上,其作用是阻止泵内流体泄漏到大气侧。机械密封是由许多元件组成而具有旋转密封性能的部件。其中静环(也称非补偿环)是密封面一侧的零件,它安装在密封端盖,静止不动(但有轴向、径向的轻微振动)。橡胶O形圈的作用是密封住静环周围的流体泄漏出大气侧,需要橡胶O形圈一定的预压缩变形(15%~21%)来实现密封性能。防转销阻止静环做圆周滑动,它与静环上的槽配合来达到防止静环旋转的作用,如图1所示。在组装机械密封时,安装静环的通常做法是让静环槽的底部与防转销的顶部保持1~2mm的间隙。当机械密封承压时,静环受压发生轴向位移使这个间隙减小,当泵压力达到较大值时,防转销触及静环槽底部。这种情况造成密封泄漏,甚至静环断裂造成事故。以下就确定上述间隙的问题,用实验的方法展开讨论。

图1 机械密封结构简图

2 方法

(1)在静环上方施加力(由弹簧拉压力实验机提供),O形圈变形,静环产生位移,记录位移数据。见图2。(2)选取密封腔绝对压力为2.2MPa。按照API682-2004选取系列1密封作为依据。该系列密封用于非ISO13709密封腔的情况,但需要满足AMSEB73.1,AMSEB73.2和ISO3069C型密封腔的尺寸要求。其适用范围如下:密封腔温度-40℃(-40℉)~260℃(500℉);密封腔绝对压力≤2.2MPa(22巴或315磅/平方英寸)。

兰州石化在用常用的密封制造商的密封产品的最大设计压力集中在2.1~2.5MPa,以下是常用的旋转式金属波纹管密封的统计,见表1。(3)实验机加力大小的计算。

公式:F=(A+A1)Ps+ft。

表1 常用密封的最大设计压力表

图2 力作用下静环位移

图3 液体静压作用在静环上的有效面积

图4 静环槽底安全距离Lmax

其中:A、A1:为液体静压作用在静环上的有效面积,见图3液体静压作用在静环上的有效面积,单位:㎡。Ps:密封腔内流体压力,此处指液体静压为2.2MPa;ft:波纹管在压缩6mm时的弹簧力,用弹簧拉压实验机测得,单位:N;F:液体静压为2.2MPa时,静环受到的轴向推力,单位:N。(4)选取静环规格为45~95,所对应的静环尺寸和O形圈规格符合EN12756、ISO3069、GB/T6556标准,见表2静环尺寸表。(5)实验设备:弹簧拉压力实验机T2000,拉压力测试范围0~2000N(精度±1N),位移行程0~120mm(精度0.02mm)。

表2 静环尺寸表

3 实验

3.1 实验过程

(1)在O形圈涂和压盖抹皂水,用台式手摇钻将静环整体压入压盖内,用深度游标卡尺测量密封端面到压盖端面的距离,确保静环安装平行。(2)工件平稳放置在弹簧拉压力实验机平台,加压力至2000N,记录仪自动给出压力—位移数据。(3)以5N为记录的初始0位移位,直到指定力F时的位移就是O形圈的变形量△h。

3.2 数据分析

由于O形圈压缩变形数据受到橡胶硬度、过盈量、表面粗糙度、安装等因素的影响,O形圈压缩变形数据存在一定误差,但大致能够显现存在一定的规律:(1)O形圈处于不受压的安装状态时,O形圈处于径向压缩状态,其截面产生轴向变形(宽),与初始O形圈的截面直径d1相比,变宽了10%~15%。(2)O形圈处于受到较大轴向压力的工作状态时,O形圈的截面尺寸轴向变窄,与O形圈的截面直径d1相比,变窄了15%~22%。静环位移1.5~2.4mm,其实验数据见表3。

表3 O形圈压缩变形数据表

3.3 推荐办法

安装静环前要测量静环台阶端面到槽底部的距离L,和压盖台阶端面到防转销边缘的距离L1,按Lmax=L1+0.78d1-1(单位mm,d1:O形圈截面直径)计算最大静环台阶端面到槽底部的距离Lmax,如图4所示。

4 结论

在静环防转槽底部与压盖防转销边缘之间留有1~2mm的间隙存在安全隐患。当密封腔压力大于1.2MPa的工况下,这个安全的间隙应确定为3~3.5mm。在实际检修中测量该间隙时,由于空间位置限制,不能保证做到测量准确,本文的“确定静环槽底安全距离Lmax”简便易行的方法。

[1]离心泵和转子泵用轴封系统.美国石油学会标准APISdt:2004.国际标准化组织ISO21049:2004.

[2]何玉杰,等.合肥工业大学.机械密封选用手册[M].机械工业出版社,2011.8.

[3]顾永泉著.密封实用技术[M].机械工业出版社,2001.

TB42

A

1671-0711(2016)11(下)-0162-02

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