特殊工况机械密封试验研究.pdf

第44卷第2期
化工机械
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特殊工况机械密封试验硏究
李香刘杰李风成郑国运
(合肥通用机械研究院)
摘要对机械密封在机楲油不足的工况下进行性能试验研究,对比分析机槭密封摩擦副宽度和密封
环端面槽型对密封性能的影响。试验结果表明:减小密封端面宽度和改变密封环端面开槽均可以有效
降低密封腔温升;端面刻有圆孤深槽的密封能在短时间内满足机械油不足的工况,但不能长时间适用于
此工泥;端面刻有月牙深槽的密封既能满足正常工况运转要求,又能承受较长时间机械油不足的特殊工
关键词机楲密封机械油不足圆弧深槽月牙深槽
中图分类号TQ055
文献标识码A
文章编号0254-6094(2017)02-0153-04
机械密封作为各类泵、反应合成釜及透平压等硬件设施。控制系统主要由变频器,压力、温
缩机等设备的关键部件,其性能优劣直接影响主度、扭矩及转速等传感器和主控制柜组成。
机的性能和安全性。常见机械密封的摩擦副一般
处于混合摩擦和液体摩擦状态。对于某些特
控制柜
殊场合,由于使用环境和结构的限制,机械密封的
变频
P、T传感器
摩擦副处于边界摩擦状态或者干摩擦状态,造成
密封端面摩擦系数增大和磨损加剧的情况,导致
交流电矩转速御乐密封腔
密封环烧损或热应力开裂,从而使密封失效2]。
吴兆山等介绍了一种干摩擦机械密封的设计和计
算方法,并进行了相应试验,试验结果表明该种机
试验台支架
械密封的性能能够满足使用要求?。因此,通过
测
漏
结构合理设计和摩擦副选材,可以使机械密封长
装
置
时间在摩擦副润滑工况较差的场合正常运转。笔
者通过试验研究的方法,分析几种机械密封在机
图1机槭密封试验系统示意图
械油不足工况下的密封性能,优化机械密封结构1.2被测机械密封
和密封端面参数,研发出能在机械油不足工况下
以轴径45mm的机械密封作为试验对象,机
长时间运转的机械密封。
械密封摩擦副材料选用碳化硅对石墨,其结构如
1机械密封试验台及测试密封
图2a所示,针对油量不足的工况,为了增强润滑
1.1机械密封试验台
效果,在靠近密封端面的动环座上增加了甩油环,
机械密封试验台系统如图1所示,由试验台如图2b所示。将被试机械密封装入试验台进行
主体系统和试验控制系统组成。试验台主体系统试验,试验主要测试的参数为密封腔温升和泄漏
主要包括交流电机、轴承箱、密封腔体及试验台架量。
作者简介:李香(1981-),工程师,从事流体动密封研究, junelixiang@163.c0m
万方数据
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化工机械
2017年
静环动环推环弹簧动环座
静环动环甩油环推环弹簧动环座
图2密封结构示意图
2试验研究
密封液要求很高,如密封液含有固体颗粒,将会造
2.1试验条件
成密封液在浅槽内的堵塞,引起密封失效?。
试验主要模拟冲洗油中断,密封腔机楲油不因此,浅槽机械密封不适用于此工况,本试验选用
足且无循环冷却的极端工况,密封腔油位约在摩密封端面刻有圆弧深槽的密封环,如图4所示,槽
擦副密封环端面1/2处(图3)。
深1
图4圆孤深槽密封环
图3密封腔油位示意图
按照试验条件对两密封进行试验,分别运转
lh,两密封均无渗漏或泄漏现象。图5表示两密
试验参数如下
封运行1h后的密封腔温升。从图中可以看出,不
试验介质机械油
开槽密封的密封腔温升为29.0℃,端面开圆弧深
试验转速300or/min
槽密封的密封腔温升为27.5℃。试验证明,密封
试验压力常压
环端面开槽有助于降低密封腔温升。因密封腔温
弹簧比压0.2MPa
升较高,需进一步对该密封环进行优化。
2.2试验及结果分析
2.2.1试验1
正常工况密封介质为机械油,润滑效果良好,
按传统设计,密封环宽度选用3.0mm,摩擦副
外径54.5mm,内径48.5mm。密封介质不足会导
?15
致密封环润滑效果不足,且由于无循环冲洗,密封
端面间摩擦热和密封搅拌热使得密封腔温度不断
升高。传统的机械密封在这种工况下容易出现严
重磨损或热裂等,会导致密封失效,而通过密封环
圆弧深槽
不开槽
端面开槽可有效改善端面的润滑状况。基于此,
图5两种端面结构的密封环
动环采用不开槽和开槽两种形式分别进行试验。
运行1h后的密封腔温升
型槽机械密封有深槽和浅槽(微米级)两种,浅槽
多用于干气密封或上游泵送机械密封,密封端面2.2.2试验2
间处于完全非接触状态,泄漏量较大,而且浅槽对
维持圆弧深槽密封环外径不变,密封环内径
万方数据
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化工机械
变为49.0mm,改变弹簧压缩高度,使弹簧比压维2.2.4试验4
持在0.2MPa,按照试验条件重新进行试验。图6
维持摩擦副宽度2mm,改变密封环外径的型
表示不同内径运转1h后的密封腔温升。从图中槽为月牙深槽,槽深1mm,如图8所示。按照试
可以看出,密封腔温升为22.5℃。此时,密封腔验条件进行试验,运转50h无泄漏,试验表明该密
温升比密封环内径为48.5mm时,降低了5℃。封能长时间满足润滑油不足的工况。
试验表明,减小密封端面宽度可有效降低密封腔
温升。保持试验参数不变继续进行试验,运转7h
后密封有渗漏,表明深槽圆弧槽密封能在短时间
内满足机械油不足的工况,但不能长时间适用于
此工况。
30
15
图8月牙深槽密封环
降低密封腔内机械油的液位,使密封腔油位
低于密封环配合端面,通过动环座上的甩油环甩
油对密封进行润滑,运转10h无泄漏,拆开密封发
48.5
49.0
内径/mm
现端面完好。重新将密封装在试验台上,密封腔
内加满油,模拟油量充足的正常工况,进行运转试
图6两种内径的密封环运行h后的密封腔温升验,密封无泄漏情况。试验证明该月牙深槽密封
2.2.3试验3
既能满足正常工况运转要求,又能承受较长时间
根据试验2结果,减小密封摩擦副宽度可有油量不足的特殊工况。
效降低密封腔温升,因此将不开槽密封的摩擦副3结论
宽度降为2mm,外径54.5mm,内径50.5mm,按试31以试验为手段,研究机械密封在机械油不
验条件进行试验。图7表示不同端面宽度密封运
足的特殊工况下的密封性能,试验表明,通过减小
转1h后的密封腔温升。由图可知,摩擦副宽度密封端面宽度和改变密封环端面开槽均可有效降
2mm的密封腔温升为24℃,比原摩擦副宽度3mm
低密封腔温升;在机械密封结构合理的情况下,深
的密封腔温度降低了5℃。保持试验参数不变
槽圆弧槽密封能短时间满足机械油不足的工况,
但不能长时间适用于此工况,月牙深槽密封既能
运转10h后密封出现泄漏。
满足正常工况运转要求,又能承受较长时间机械
油不足的特殊工况。
3.2本试验研究过程,可为类似工况机械密封
设计方向提供一种优化方法和方向。笔者只从试
验方