超低温小型离心泵机械密封设计

1引言低温液体是指沸点低于-100℃的氧气，氮气，空气，氢气，碳氢化合物气体等甲烷的液相状态。随着石油化学工业以及空气分离工业的快速发展，在各种化学过程和工艺流程中的低温液体一直被广泛使用。因此，低温液体泵装置已经成为这些装置的关键工艺之一。对于低温泵来说，最重要的问题之一就是泵的密封性，由于低温材料的限制，容易使工作流体汽化的因素，使得泵的密封性很难解决。 2密封结构是为大型低温液体泵设计的，一般采取立式泵结构的形式，它是轴封密封保护系统的一种很好的布置和设计，但它配备的轴封系统非常大，复杂，此处不予讨论，仅在5-15m3 h的物料流量填充，扬程≤120m的油轮/卸油泵和此范围内的泵送过程中采用密封进行研究。 2.1密封参数：压力：1.3MPa温度：-196℃速度：2900rpm密封轴直径：35mm介质：氧气，氮气和液态碳氢化合物2.2结构类型和特征低温液化气泵中工作流体的保护性密封密封件有几种替代形式：...机械密封件，吹塑b迷宫式填料。吹迷宫式密封件需要较长的轴向尺寸，以填充油轮，排放泵太复杂，并且填料密封件寿命短，维护量大，因此，在不考虑选择密封件设计的情况下。根据常规密封件选择的原则，在对以上三种密封类型进行综合比较之后，确定了焊接金属波纹管密封件的最终选择。考虑到介质的低温特性（易汽化，粘度低，难以在密封端面上形成液膜），以防止由于工作液在端面上的蒸发而引起的干摩擦。机械密封，出口和密封腔在泵内打开，这通常称为美国石油协会标准API610附录D“机械密封和管路示意图”指定API解决方案1，其原理是依靠压力差来冲洗密封端面并带走摩擦热，保持密封的液相状态，从而保持密封润滑端面的摩擦面，以避免轴封冻结，在此需要氮气吹扫机械密封件压盖的位置，它可以带走少量从密封件泄漏的工作流体，以确保安全运行。由于密封件要求高组装，因此其组装精度将直接影响密封件的性能。因此，密封设计被集成到一个集成的单元组件中，这便于快速拆卸。 2.3密封件的结构特性在超低温下运行的泵始终处于输送饱和液体的状态，由于工作流体的蒸发，它们容易发生气蚀和振动。因此，在设计机械密封件时必须考虑其浮动性和跟随性。金属波纹管密封结构采用静态结构，去除了传统的动环密封环，提高了动环的浮动性。它可以补偿由于气蚀和振动引起的挠度引起的泵轴密封失效，并可以使泵运转。停止时请始终与密封面保持有效接触。双层波片拨入式传输波纹管结构用于通过拨入插入件强制传递扭矩，以避免波片扭曲。动环采用整体结构，可有效减少温度变形和力变形。 3材料的选择3.1金属材料选择金属弹性波片材料时，必须考虑材料在超低温条件下的冷脆性和承受机械交变载荷的能力。根据相关测试数据，介绍了镍，铜和铝含量更高的合金材料。在低温下，强度和可塑性变化不大。因此，超低温金属材料主要是高镍合金，铜和铝，液态氧中使用的金属材料是青铜，可以有效避免摩擦引起的摩擦。着火或爆炸。金属波纹管中常用的波片材料是0Cr18Ni9Ti，AM-350等。与AM-350相比，0Cr18Ni9Ti材料的镍含量是后者的两倍，其低温特性也比后者好。最后，将0Cr18Ni9Ti确定为密封波片材料。 3.2摩擦副材料根据经验，选择摩擦副的材料：静态环材料：YG8（硬质合金），动环材料：M158Sb（石墨浸渍锑）可以胜任高速，高负荷，超低温工作条件。 3.3辅助密封材料由于其长期在超低温下工作，根据目前的国内材料情况，经过筛选和比较，确定使用柔性石墨作为密封材料。在加工或组装之前对所有材料进行低温加工非常重要。 4密封件的工业运行测试和故障分析密封件是根据上述参数设计并加工成产品的。它最初应用于液氮罐车卸料泵。运行4-5小时后，机械密封件泄漏了，拆下密封件时，波纹管破裂了。检测与判断：（1）出厂参数检查，波纹管自由高度无变化，（2）摩擦副（窄环）断裂，外圈重伤，摩擦副（窄环）摩擦副（窄环）背面镶嵌有磨损痕迹，明显的磨损痕迹，（3）波纹管的外观检查波纹管环座外圈上有摩擦痕迹，无痕迹波纹管内部和外部的碰撞或磨损。内部焊缝破损。出现上述情况的可能原因：船尾轴与密封腔不同轴，压盖螺纹与轴不同轴等，活动环和轴倾斜，从而导致静环和波纹管环座靠近它倾斜的地方，波纹管环座和密封管接触。总之，密封失效的原因是泵的安装或泵主体零件的加工错误导致波纹管环座倾斜并与压盖腔接触，从而导致密封端面倾斜打开，造成泄漏并继续使用。当波纹管环座的倾斜部分与压盖连续接触时，波纹管将承受很大的扭矩。在操作过程中，石墨环在压力作用下会破裂并损坏，这会引起冲击，从而使波纹管破裂。 5.结论根据以上分析结果，在再次处理密封件时，增加压盖的内孔，以使压盖与波纹管的静环座之间的间隙调整为0.2mm。在组装过程中，请严格检查泵轴的径向跳动和轴向。轴和后盖的运动和垂直度使其成为标准配置。重新安装的机械密封件具有良好的运行性能，平均寿命超过三个月。在开发用于超低温泵的机械密封件时，已使用了波片材料，例如AM-350和0Cr18Ni9Ti。实验证明，r18Ni9Ti材料可以在超低温下长时间使用。但是，国产波板材料，由于每批的化学成分不同，焊接工艺难以掌握，给焊接带来很多麻烦，良率低，建议使用进口板。