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        離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)分析及改進(jìn)

        2013-12-04 01:50:10孫永杰溫炳清
        設(shè)備管理與維修 2013年12期
        關(guān)鍵詞:密封面懸浮物腔體

        孫永杰 溫炳清 劉 鳳

        大慶石化公司水氣廠 黑龍江大慶市

        石化公司腈綸廠的生產(chǎn)污水、丙烯腈裝置產(chǎn)生的污水處理程序是,首先經(jīng)過調(diào)節(jié)池均勻水質(zhì),然后進(jìn)入射流氣浮裝置,通過氣浮過程,去除含氰污水中不可生化的懸浮物,穩(wěn)定生化系統(tǒng),提高可生化性,最后通過生化過程,對污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解,使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

        一、問題

        污水經(jīng)分配間進(jìn)入調(diào)節(jié)池后,由原水泵提升至高效氣浮裝置中,氣浮池水位達(dá)到一定液位后,通過出水槽和出水管溢流到回水池,經(jīng)加壓離心泵P07ABCD注入溶氣罐加壓后注入氣浮池,其間形成的微小氣泡將污水中懸浮物及膠體等附著后浮升至水面,由刮渣機(jī)刮到浮渣池。在這一過程中,加壓離心泵P07ABCD始終在存有很多懸浮物的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)。該泵組選用FI100-37型離心泵,其密封腔體呈圓筒狀,密封靜環(huán)安裝在密封腔體底部,密封圈作為輔助密封。受密封腔體內(nèi)徑空間限制,更換密封靜環(huán)時不易安裝到位。再有,密封腔體軸向距離為98mm,腔內(nèi)介質(zhì)流動困難,造成密封腔內(nèi)懸浮物堆積,影響了密封使用壽命。

        二、機(jī)械密封改進(jìn)設(shè)計(jì)原則

        1.密封選型的主要參數(shù)

        (1)密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力P。介質(zhì)潤滑性好、黏度較高時,P≤0.8MPa選用非平衡型。介質(zhì)潤滑性差、黏度低時,P≥0.5MPa選用平衡型。

        (2)線速度V。V≤25m/s時選用旋轉(zhuǎn)型;V≥25m/s時選用靜止型。

        (3)PV值。PV值涉及到密封面之間流體膜的穩(wěn)定性(汽化)和摩擦副的耐磨性。

        (4)介質(zhì)中含懸浮固體顆粒,動靜環(huán)材料宜采用碳化鎢或碳化硅,當(dāng)顆粒易于阻塞密封腔時,必須采用輔助裝置經(jīng)過濾或分離后的沖冼液沖洗端面。

        2.工作條件

        介質(zhì)是P07ABCD輸送的裝置中的原入水,COD均值為785mg/L,懸浮物均值 109mg/L,油均值 2.67mg/L,pH 值 6~9,含雜質(zhì)多,腐蝕性強(qiáng)。介質(zhì)溫度為常溫,出口壓力0.45MPa。

        3.密封形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)核算

        根據(jù)P07ABCD運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境以及密封選型參數(shù),密封形式選擇B型金屬波紋管機(jī)械密封。密封形式改變,密封軸套及密封腔體結(jié)構(gòu)也要隨之改變。測繪出泵體及密封腔、軸的相對位置尺寸,機(jī)械密封及密封軸套的金屬材料選擇316L,密封環(huán)選擇碳化鎢或碳化鎢。參照《JB/T 6373-1992焊接金屬波紋管機(jī)械密封技術(shù)條件》,根據(jù)介質(zhì)壓力選擇合適的載荷系數(shù)和比壓。

        (1)載荷系數(shù)K的計(jì)算

        式中d1——密封面內(nèi)徑

        d2——密封面外徑

        D1——波紋管內(nèi)徑

        D2——波紋管外徑

        De——波紋管有效作用直徑

        例:d1=57.6,d2=65,D1=57.6,D2=65,De=61.17,由公式(1)計(jì)算K=0.532。

        載荷系數(shù)K實(shí)際反映密封介質(zhì)壓力載荷施加于密封端面上的載荷份額。當(dāng)K≥1時,表明密封介質(zhì)的全部壓力載荷都施加于密封端面上,絲毫未被平衡,這類機(jī)械密封稱為非平衡型密封,在工業(yè)中廣泛采用,此時K值一般為1.1~1.8。當(dāng)0<K<1時,表明密封介質(zhì)的壓力載荷影響變小,相當(dāng)于被部分平衡,這種類型稱為部分平衡型密封,K值一般為0.3~0.7,此機(jī)械密封載荷系數(shù)K=0.65,說明設(shè)計(jì)合理。

        (2)彈簧比壓Pt的計(jì)算

        式中F——波紋管總彈力

        A——密封面面積

        式中F1——波紋管單波片每毫米彈力

        S——彈簧壓縮量

        式中E1——彈性模量修正系數(shù)

        E——設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量

        n——波紋管波數(shù)

        T——波紋管波片厚度

        W——波紋管波片寬度

        此例 E=210 000MPa,E1=3/4E,F(xiàn)1=17.22N,n=11,t=0.15,W=8.5,該機(jī)封所用波紋管為雙波,按壓縮量S=5mm計(jì)算,則波紋管總彈力F=2F1S=172.2N,彈簧比壓Pt=0.242MPa,密封面面積A=712mm2。

        (3)端面比壓Pb的計(jì)算

        機(jī)械密封的端面比壓是影響就密封性能和使用壽命的最主要因素之一。

        式中Pt——彈簧比壓,

        P1——密封腔壓力,

        K——載荷系數(shù)

        λ——反壓系數(shù),此例 Pt=0.242MPa,P1=0.45MPa,λ=0.5 則端面比壓 Pb=0.31MPa。端面比壓值Pb=0.31MPa,小于經(jīng)驗(yàn)值0.4MPa,說明在這個工況下,波紋管壓縮量設(shè)定為5mm時能滿足使用要求,

        圖1 改造后的機(jī)械密封裝配圖

        三、密封形式結(jié)構(gòu)改進(jìn)及效果

        (1)在原密封腔體與泵體的安裝配合尺寸不變的基礎(chǔ)上,重新設(shè)計(jì)動靜環(huán)限位緊固方式。動靜環(huán)分別用內(nèi)六角螺絲固定在密封軸套和壓蓋(密封腔體)的法蘭盤上,動靜環(huán)與法蘭用柔性石墨墊密封。解決了因動環(huán)在污水及懸浮物中的彈性補(bǔ)償而影響密封效果的問題。另外,密封壓縮量已預(yù)設(shè),動靜環(huán)位置固定,避免了靜環(huán)安裝不平及與密封軸套垂直度不好的問題(圖1)。

        (2)在與密封摩擦副位置對應(yīng)的密封腔體上加開自沖洗孔ZG1/2英寸,節(jié)流孔Φ8~10mm。通過自沖洗解決懸浮物堆積,改善密封運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境。

        (3)密封沖洗系統(tǒng)采用帶懸液分離器的自沖洗裝置(圖2)。改造后的P07ABCD離心泵,機(jī)械密封使用周期從平均87天延長至2年,大幅度降低了維修和材料費(fèi)用,可保證生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行。

        圖2 改造后泵體示意圖

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