超低温小型离心泵机械密封的设计与研究

1引言超低温液体是指烃类的气态液态，如氧气，氮气，空气，氢气，甲烷和其他沸点低于-100°C。随着石化工业和空气分离工业的快速发展，低温液体不断被广泛用于各种化学工艺和工艺中。因此，低温液体输送泵是这些过程装置的关键设备之一。对于低温泵，最重要的问题之一是泵的轴封。由于低温材料的限制和工作流体的易蒸发，泵的轴封很难解决。 2密封结构形式设计对于大型超低温液体输送泵，一般采用立式泵结构，有利于轴封的结构设计和密封保护系统的布置，但配有轴的系统密封非常大而复杂。这篇文章不会在这里讨论。本文仅研究了流量为5-15m3 / h，水头≤120m的水箱装卸泵，并在此范围内对过程泵进行了密封。 2.1密封参数：压力：1.3MPa温度：-196°C转速：2900rpm密封轴直径：35mm介质：液氧，液氮和液态烃2.2结构类型和密封保护根据工作液的特性，超密封低温液化气泵通常有几种类型的密封件可供选择：a。机械密封b。迷宫吹封c。包装密封。迷宫式吹风密封需要较长的轴向尺寸，这对于罐的装卸泵来说过于复杂，并且填料密封的使用寿命短，维护量大，因此，在设计选择中不考虑密封。根据密封件的一般选择原则，综合比较上述三种密封件，最终确定焊接金属波纹管的机械密封。考虑到介质的低温特性（易于蒸发，低粘度，并且难以在密封端面上形成液膜），为了防止由于工作流体的蒸发导致的机械密封端面的干摩擦，出口通向泵内密封腔，即一般来说美国石油协会标准API 610附录D“机械密封和管道示意图”在API方案1中规定，其原理是依靠压差来冲洗密封端面并带走摩擦热，保持密封部分的液相，从而保持端面摩擦面的密封润滑，为了避免在轴封部分结冰，需要进行氮气吹扫。机械密封压盖的位置，可以带走少量从密封中泄漏的工作液，确保安全运行。由于密封对装配要求很高，其装配精度将直接影响密封的性能。因此，密封件被设计为用于快速拆卸的集成单元。 2.3密封结构特性在超低温下工作的泵始终处于输送饱和液体的状态。由于工作流体的蒸发，很容易引起空化和振动。因此，机械密封的设计必须考虑其可浮动性和可跟随性。金属波纹管密封结构采用静态结构，去除了传统的动圈密封圈，增加了动圈的浮动性能，可以补偿由于气蚀和振动引起的偏航引起的泵轴密封失效，可以在泵和停止时，始终保持与密封端面的有效接触。双层波片用于插入和驱动波纹管结构，扭矩通过拨号传递，以避免波片的扭曲。移动环采用整体结构，可有效减少温度变形和力变形。 3材料选择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。根据相关的test数据：镍含量较高的合金材料，铜和铝在低温状态下，其强度和塑性变化不大。因此，超低温金属材料主要由高镍合金，铜和铝组成，液氧中使用的金属材料最好用青铜，可有效避免摩擦。引起火灾或爆炸。金属波纹管的普通波片材料为0Cr18Ni9Ti，AM-350等。与AM-350相比，0Cr18Ni9Ti材料的镍含量是后者的两倍，其低温特性优于后者。最后，使用0Cr18Ni9Ti作为密封。波片材料。 3.2摩擦副材料根据经验，选用摩擦副匹配材料：静环材料：YG8（硬质合金），动环材料：M158Sb（石墨浸渍）可用于高速，高负荷和超低温工作条件。 3.3辅助密封材料由于在超低温条件下长期工作，根据现有的国产材料，经过筛选和比较，确定采用柔性石墨作为垫片材料。重要的是所有材料在加工或组装之前都需要深冷处理。 4密封工业操作试验和失效分析根据上述参数设计并加工成密封件。它最初应用于液氮罐车卸料泵。操作4-5小时后，机械密封泄漏并且可见密封。 。检测和判断：（1）检查出厂参数，波纹管的自由高度没有变化，（2）摩擦副（窄环）断裂，外圈严重受损，摩擦副（窄环）是镶嵌和脱落，镶嵌外圈有磨损痕迹，摩擦副（窄环）背面有明显的磨损痕迹，（3）波纹管外观检测波纹管环的最大外圈有摩擦痕，内侧有焊缝波纹管外没有被击中或划伤的迹象，波纹管第一波内部焊缝被打破。上述情况可能的原因：轴与密封腔不同，压盖螺纹与轴不同心，移动环和轴倾斜，导致静环和波纹环座安装在其上，以及波纹管环座和压盖接触。总之，密封失效的原因是泵的安装或泵体的加工误差导致波纹管环座倾斜并与压盖腔接触，导致密封端面倾斜打开，导致泄漏并继续使用。当波纹管环座的最大倾斜部分与压盖连续接触时，波纹管受到非常大的扭矩，并且石墨环在操作过程中破裂和损坏，从而导致波纹管由于冲击而破裂。 5.结论根据以上分析结果，当重新密封密封时，压盖的内孔被扩大，以调整与波纹管的静态环座的间隙为0.2mm。在组装期间严格检查泵轴的径向跳动和轴向。轴和后盖的倾斜度和垂直度达到标准值。重新安装机械密封具有良好的运行性能，平均寿命超过三个月。在开发超低温泵机械密封的过程中，先后使用了AM-350，0Cr18Ni9Ti等波片材料。实验证明r18Ni9Ti材料可在超低温条件下长时间使用。 。但是，国内波片材料，由于每批次的化学成分不一样，焊接工艺难以掌握，给焊接带来很大麻烦，而且产量低。建议使用进口板材。