淺析福斯機(jī)械密封在大型輸油泵上的應(yīng)用

李占東 宋宇軒

(塔里木輸油氣分公司,新疆庫(kù)爾勒 841000)

淺析福斯機(jī)械密封在大型輸油泵上的應(yīng)用

李占東 宋宇軒

(塔里木輸油氣分公司,新疆庫(kù)爾勒 841000)

為了掌握福斯機(jī)械密封在大型輸油泵上的應(yīng)用情況,從福斯機(jī)械密封的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面進(jìn)行分析,得出福斯機(jī)械密封在大型輸油泵上應(yīng)用的相對(duì)優(yōu)勢(shì),能夠提高輸油泵的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。

機(jī)械密封 密封點(diǎn)

機(jī)械密封是輸油泵密封的關(guān)鍵部件，機(jī)械密封性能的優(yōu)劣不僅決定著泵運(yùn)行過(guò)程中對(duì)輸送介質(zhì)的密封性能，其安裝的作業(yè)水平也直接影響著泵體的運(yùn)行工況及機(jī)械密封使用壽命。

1 機(jī)械密的特性及工作原理

機(jī)械密封，是一種常見(jiàn)的泵體軸封裝置，其主要工作原理是通過(guò)一對(duì)或數(shù)對(duì)垂直于泵軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏。機(jī)械密封與軟填料密封比較，有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)密封更為可靠，在長(zhǎng)周期的運(yùn)行中，機(jī)械密封狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計(jì)，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；(2)使用壽命長(zhǎng)，在油、水類(lèi)介質(zhì)中一般可達(dá)1～2年或更長(zhǎng)時(shí)間；(3)摩擦功率消耗小，泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)械密封對(duì)泵軸的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；(4)軸或軸套基本上不會(huì)因?yàn)槊芊馐苣p；(5)維修周期長(zhǎng)，端面磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修；(6)抗振性好 對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)、偏擺以及軸對(duì)密封腔的偏斜不敏感；(7)適用范圍廣，機(jī)械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。

圖1

圖2

但其缺點(diǎn)有：(1)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)制造加工要求高，一次性投資高；(2)安裝與更換比較麻煩，并要求作業(yè)人員有一定的安裝技術(shù)水平；(3)發(fā)生偶然性事故時(shí)，處理較困難。

常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖所示。由靜止環(huán)(靜環(huán))1、旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈6靜止環(huán)輔助密封圈8等元件組成，防轉(zhuǎn)銷(xiāo)7固定在壓蓋9上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補(bǔ)償能力而稱(chēng)為補(bǔ)償環(huán)或非補(bǔ)償環(huán)。

機(jī)械密封中流體可能泄漏的途徑有四種，如圖中A、B、C、D四點(diǎn)所示（如圖1)。

C、D泄漏通道分別是靜止環(huán)與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封(沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng))。B通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))與軸之間的密封，在機(jī)封實(shí)際安裝過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))與軸緊密結(jié)合，其相對(duì)運(yùn)動(dòng)可忽略不計(jì)，因此，B通道仍然是一個(gè)相對(duì)靜密封。由于密封面沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，靜密封通道相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易封堵，一般使用橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈等靜密封元件即可實(shí)現(xiàn)有效密封。

A通道則是旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封，它是機(jī)械密封裝置中的主密封，也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。因此，密封端面的加工精度要求很高，同時(shí)為了使密封端面間保持必要的潤(rùn)滑液膜(潤(rùn)滑液膜常為輸送介質(zhì))，必須嚴(yán)格腔制端面上的單位面積壓力。如果壓力過(guò)大，不易形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑液膜，會(huì)加速端面的磨損，壓力過(guò)小，則密封端面間隙過(guò)大，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在安裝機(jī)械密封時(shí)，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?，?duì)安裝的技術(shù)水平要求較高。

2 庫(kù)鄯輸油管道庫(kù)爾勒原油站主泵機(jī)械密封技術(shù)分析

庫(kù)爾勒原油站主泵為德國(guó)梯森系列輸油泵，其機(jī)械密封為福斯廠生產(chǎn)產(chǎn)品，型號(hào)為UC 4000 HP，規(guī)格為5×4U，其設(shè)計(jì)精巧、加工精度高、密封性能優(yōu)良(如圖2、表1）。

福斯機(jī)械密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

(1)密封各部件配合精度高；在機(jī)械密封的維修更換過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，福斯廠生產(chǎn)的機(jī)械密封靜環(huán)凸緣(S11)與泵體口環(huán)處的配合、動(dòng)環(huán)軸套(S1)與泵軸的配合均十分精密，其精度均在毫米級(jí)，其中，動(dòng)環(huán)軸套(S1)與泵軸的配合間隙僅為0.25毫米。雖然高精度的機(jī)械配合大大提升了機(jī)封性能及使用壽命，但也為安裝作業(yè)提出了較高的要求。

表1 福斯機(jī)械密封各部件序號(hào)及名稱(chēng)

(2)機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)加工精細(xì)，材料先進(jìn)，質(zhì)量過(guò)硬，密封本身性能優(yōu)良；通過(guò)對(duì)福斯機(jī)械密封的實(shí)物分析，我們發(fā)現(xiàn)相對(duì)其他品牌機(jī)械密封，福斯廠密封柔性件使用了材質(zhì)較為先進(jìn)的氟橡膠材料，大大提升了設(shè)備使用壽命，在動(dòng)靜環(huán)(S14/S15)與軸套(S1)及凸緣(S11)的結(jié)合上也采用了較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，其獨(dú)特的動(dòng)環(huán)軸向補(bǔ)償彈簧(S16)為一體式，有效規(guī)避了多彈簧推力不均導(dǎo)致密封面受力不均的問(wèn)題，大幅提高了動(dòng)密封的密封性能及壽命，另外，彈簧座(S17)與動(dòng)環(huán)(S15)間的接觸采用了唇形密封圈(S4)進(jìn)行緩沖，既提高了靜密封效率，也有效緩解了動(dòng)環(huán)做軸向補(bǔ)償時(shí)彈簧彈力的沖擊。

(3)輔助密封設(shè)計(jì)精巧，靜密封面密封位置設(shè)置科學(xué)；通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)機(jī)械密封，我們發(fā)現(xiàn)，福斯機(jī)械密封在靜密封面的密封處理更為科學(xué)，靜密封點(diǎn)由傳統(tǒng)的3處細(xì)化為5處，分別為機(jī)封動(dòng)環(huán)軸套與泵軸靜密封(S19)、動(dòng)環(huán)與彈簧座間的唇形圈靜密封(S4)、靜環(huán)與靜環(huán)座間的靜密封(S71)、靜環(huán)座與凸緣間的靜密封(S13)、凸緣與泵殼間靜密封(S18)。這些靜密封的合理設(shè)置，不但更為有效的控制了靜密封點(diǎn)的泄流量，也使得機(jī)械密封的各機(jī)械連接點(diǎn)結(jié)合更為精巧。

以上是我們對(duì)機(jī)械密封工作原理的淺要理解及對(duì)本次作業(yè)實(shí)物的淺顯技術(shù)分析，水平有限，難免在分析上存在疏漏和錯(cuò)誤，希望大家多多交流，指出我們的不足之處，為我們今后的工作提出寶貴建議。