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。