根据该泵密封失效后的损坏情况，初步判断其机械密封失效有以下原因：①除密封失效及寿命短外，其余一切情况正常，因此，可以排除装配误差、辅助系统、机泵振动及工艺操作等因素的影响，大致可以认为是设计缺陷引起的密封失效。②从密封面的失效现象看，动环表面出现径向裂纹，辅助密封圈老化，属于典型热损失效。石墨静环磨平并有开裂现象是磨损和热损双重作用所致。③1997年大检修后因生产的需要，工艺上做了部分调整，增加了轻质油产率，致使该泵输送的汽油中轻质组分增加，并含有少量的液化汽成分(C4、C5)，导致摩擦副工作的温升过大，动环出现热裂现象，同时静环磨损加剧，使密封寿命大为降低。$ n' m8 O. U( ?- q% @& r
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图1 不同相态机械密封液体膜载荷与膜厚关系
另外，104-45型机械密封使用的psv值和工作Pbv值均超过了允许值。而端面比压pb的大小对机械密封的稳定运行有着极大的影响。端面比压太小容易产生泄漏。端面比压太大，会使摩擦面液膜减薄，液膜承载力降低，摩擦因数加大，使用寿命降低。 2 ^/ T" W& q6 d( x' e! \ 综上所述，脱乙烷汽油泵机械密封失效的原因是由于汽油中轻组分的增加，介质更易于汽化，液膜承载能力降低，端面比压过大，液膜减薄，摩擦副在不稳定的似汽相状态下工作，摩擦热增加，端面温升过大，进而引起更多的轻质汽油组分汽化。如此循环，最终摩擦副在干摩擦状态下工作，使石墨静环磨损加剧。同时，过大的端面温升使碳化钨动环出现径向热裂纹，辅助密封圈老化，介质泄漏增加，密封寿命大为缩短，最终使机械密封迅速失效。 1 G6 ?8 X+ o! K3 改进措施及应用效果 4 ]% @: M2 n. G5 ~; S( t" w0 h! \% p 为了适应输送介质的变化，结合该泵的具体条件，采取了2种措施来降低密封的端面比压。①将104-45非平衡机械密封改为110-45平衡型机械密封，使密封的平衡系数β由1.177降为0.77。②根据石油大学流体动密封研究室的实验，在密封面上开圆弧槽可显著提高液膜的承载能力，增加密封稳定性。限于加工条件，我们仅在110-45型机械密封的石墨静环表面上加工了8个半圆形凹槽，增强了端面液膜的承载能力，降低了端面比压，并使密封的润滑性能得到了改善，降低了摩擦副的摩擦因数，减少了端面的摩擦热及由温度升高引起的端面汽化现象，避免了干摩擦的出现。 & K& X0 Q* n' q( p3 R7 f+ w6 G2 s, n 经过计算，改进以后的110-45型机械密封的使用，psv=8.71MPa.m／s，这小于允许值1.22MPa.m/s，工作pbv=2.071MPa*m／s，小于极限pbv值3.08MPa.m／s。 6 n% `5 n$ \5 O1 g2 m 改进后的110-45型机械密封经长时间运行，密封效果良好，使用周期达到半年以上，保证了设备长期、安全和平稳运行，取得了较好的经济效益。2 Q3 @ z& _ r5 o3 ~
4 结语 & [: }0 R0 c) b 工艺条件和介质成分的变化对机械密封的使用效果有着极大影响，在某些情况下，可能使密封迅速失效。在机械密封摩擦副表面开流动力楔，可显著提高机械密封流体膜的承载能力，降低端面比压。 1 H9 B F3 x( f; g' s
发表于 2007-12-26 13:39:45
