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柱塞式高压注水泵密封失效分析及对策
作者:管理员    发布于:2017-02-25 14:00:27    文字:【】【】【

  能长期平稳运行。

  1运行历史我公司加氢装置的柱塞式高压注水泵是1974年由日本日机装公司制造的3DS-11/18.5型篼压注水泵,流量11t/h,往复次数199次/分。共3台,正常运行2台。该泵将1.0MPa、40  2填料密封的失效分析2.1轴封结构及工作原理是高压注水泵填料密封结构示意图。

  其主要特点是两级填料密封的串联结构,即靠近缸侧的主填料密封和靠近大气侧的副填料密封,主填料密封的压盖同时又是副填料密封的密封箱体。向主密封注人润滑油,其主要作用一是起阻塞密封作用,阻止泵内液体沿柱塞与主填料密封之间的径向间隙产生轴向泄漏;另直接的固体摩擦磨损,延长了填料密封寿命,另外带压液体带走了柱塞与填料之间产生的热量,降低了填料箱的工作温度。

  1.水封压盖2.推力环3.填料4.水封环5.主密封压盖6主填料箱7.填料8.推力环9.承载弹簧10.底板11.柱塞填料密封结构示意图填料与柱塞之间的压力和从压盖侧到填料底部呈指数形式逐渐下降,其轴向分布如。

  A-B为副填料段,B-C为封油段,C-D为主填料段。

  ab为副填料段油膜压力,be为主压盖段油膜压力,ce为油液混合段油膜压力,ed为主填料段油膜压力(油膜压力柱塞与填料内表面之间的压力)。

  在正常工作条件下,在主密封段,介质的压力篼于填料与柱塞之间液膜的压力,介质由泵内沿着填料与柱塞之间向外泄漏,随着填料侧压力的增加,液膜的压力也随之增加,这样就阻止了介质的向外泄漏。在油液混合段趋于稳定,和封油的压力达到了平衡,阻止了介质继续向外泄漏。在副填料段,填料的侧压力不断增大,填料与柱塞之间液膜压力也逐步增大,阻止了密封油的泄漏。

  1997年8月~1999年3月该泵曾使用过多种填料,统计如表1.表1密封使用记录填料种类装配方式使用寿命(天)碳纤维1原设计装法碳纤维2原设计装法聚四氟乙烯1原设计装法聚四氟乙烯2原设计装法首先,应当准确把握密封填料的基本性能(见表2)。

  表2密封填料基本性能对比项目碳纤维聚四氟乙烯柔性石墨酎冲击性好差气密性差好耐寒性差好好回弹性稍好差好侧压系数较大较小大压力限(MPa)碳素纤维填料耐寒性差,有一定的回弹性。四氟乙烯具有耐高温等优点,但回弹性能差,当柱塞有较大的偏摆时,很容易与柱塞之间产生较大径向间隙而出现介质泄漏。柔性石墨具有良好的自润滑性,其摩擦系数比四氟乙烯还低,但是耐剪切、冲击性能较差,不能单独做篼压柱塞泵的轴封。b)封油压力低密封油一是起阻止液体外漏的密封作x用,二是对填料密封进行润滑和冷却作用,其压力的高低是决定密封工作性能的关键因素之一。在技术改造之前,封油的篼注人压力仅为0.3MPa,远小于介质的工作压力16MPa,则填料密封的受力状态如所示。在主填料密封段,由于介质的压力远大于封油的压力,致使封油进人填料与柱塞之间而起不到润滑作用,而介质在压力差的作用下充满填料与柱塞之间的径向间隙,沿轴向由泵内向封油侧泄漏。在副填料密封段,填料密封的侧向压力大大高于封油的压力,封油难以进人填料与柱塞之间而起不到润滑作用,致使填料与柱塞之间发生严重的摩擦磨损,填料与柱塞之间的液膜压力迅速下降。而介质压力升篼,其沿轴向的分布,致使封油与介质的混合物向大气侧外泄。于是不得不加大主、副填料箱压盖对密封填料的压紧力,从而进一步加剧填料的摩擦磨损,使密封在短期内失效。

  密封改进措施改进装配方法,使用新型复合填料。研究结果表明使用以上组合式密封填料,可以充分利用各自密封填料的优点,大大延长密封的使用寿命,降低摩擦功耗。基于以上的分析,在技术改造的初步阶段,尝试采用聚四氟乙嫌成型填料与石墨成型填料混合组装的方式取得较为满意的效果。

  表3密封填料的性能参数项目侧压系数K摩擦系数临界压盖压力(MPa)聚四氟乙烯纤维编制填料柔性石墨成型填料聚四氟乙烯纤维与柔性石墨复合填料在此基础上,提出将聚四氟乙烯与石墨混点,弥补了柔性石墨抗剪切、耐冲击性编成复合型密封填料的设想,该复合填料综合了聚四氟乙烯纤维和柔性石墨各自的优点,又克服了聚四氟乙烯纤维弹性低、气密性差的缺封油系统的改进封油系统的注入压力是保证轴封密封性能能低的不足,具有比组装式密封填料更加优良的综合使用性能。经过大量试验,并与填料密封生产厂家协商,用聚四氟乙烯纤维与柔性石墨按一定的比例混编而成一种新型的复合填料,其使用效果相当理想。对于单一使用的不同的填料,其侧向压力的分布是不一样的,下面具体分析聚四氟乙烯成型填料、柔性石墨、聚四氟乙烯与石墨混编填料的侧向压力的分布。由计算得出三种填料的性能参数(见表3,)。

  表4不同填料的性能比较项目聚四氟乙烯成型填料聚四氟乙烯成型填料与石墨成型填料混合组装聚四氟乙烯与石墨混编成复合型密封填料装配方法填料中间无隔环填料中间有隔环预紧力大小预紧力大,装配时需专用工具预紧力小,柱塞轻松滑下填料初始温度失效形式填料硬化且磨损严重,有聚四氟乙烯髹片状脱落物集聚于副填料箱中聚四氟乙烯硬化程度低,柔性石墨成型填料松散,四氟填料中浸有柔性石墨黑色颗料填料无硬化现象,而且有一定的弹性,磨损程度低使用寿命15天80天的重要因素,通过数十次的调整、测试证明了随着封油压力的升高,轴封的密封效果增强,因此在实际的运行中尽可能使封油的压力稳定保持在一个较高值,这样轴封的使用寿命大大延长。

  4总结选择合适的密封填料对保证密封性能是至关重要的。高压注水泵的密封需要有优良的耐磨性、回弹性、耐冲击性和耐渗透性的填料密封。聚四氟乙烯纤维与柔性石墨复合填料的使用,可以明显改善密封的工作性能,提高使用寿命。把聚四氟乙烯纤维与柔性石墨填料制成特定的复合填料,具有良好的回弹性、气密性、耐冲击性等优良的使用性能,使轴封的使用寿命大大延长。

  封油系统的正常工作是影响密封使用的重要因素,封油压力尽可能稳定在一个较高值,可大大延长使用寿命。

  (本文编辑王振华)

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