管线位置对泵用机械密封的影响

王 劲

(辽宁机电职业技术学院,辽宁 丹东 118009)

管线位置对泵用机械密封的影响

王 劲

(辽宁机电职业技术学院,辽宁 丹东 118009)

机械密封的稳定运行不仅取决于机械密封本身的结构、材料及参数的合理选择，还与机械密封的外部条件有关系.本文从外部条件的角度入手，分析了在采用PLAN23方案时，冲洗管线位置的合理排布，使PLAN23方案起到良好的作用，从而使机械密封在良好的工作环境中运行，提高机械密封使用寿命，保证设备的稳定运行.并以高温高压锅炉给水泵中管线位置的排布为例，说明了在PLAN23方案中管线接口位置合理的排布对密封使用寿命的影响.

冲洗；位置；使用寿命

1 问题的提出

机械密封的可靠运行，在设计时不仅取决于机械密封本身的内部条件如结构选择、材料选择及参数选择，还取决于机械密封的外部条件.如合理地选择冲洗方案、现场合理的管线布置、合理的操作等等.一旦密封出现失效时，人们往往习惯于在密封内部条件上去找失效的原因，而很少去关注机械密封的外部条件，而在实际中往往是因为外部条件中的某一个环节出现了不合理的选用，影响了整个机械密封的使用效果.可见，机械密封外部条件对机械密封的稳定运行有着极其重要的作用.

2 PLAN23方案介绍

影响机械密封外部条件有很多种，包括辅助冲洗方案的合理选用、辅助冲洗管线的合理布置等等.同时，冲洗管线的布置与冲洗方案有着很大的内在关系.因此，我们首先介绍一下最常见的一种冲洗方案PLAN23.

在API682-2004中提出了约22种辅助冲洗方案[1]19-34，其中在针对高温高压锅炉水工况，PLAN23方案是比较常用的一种.方案合理选择还与方案中管线位置排布有着很大的关系，合理的排布能使冲洗方案工作时更加可靠，达到预期作用，从而保证机械密封的稳定运行[2]62-67.

水在常温、常压状态下，对密封性能的要求不是很高，但是在高温、高压的条件下，考虑到水本身的物理性质及水的蒸汽饱和压，使其在此种条件下，水很容易产生汽化，从而导致机械密封端面间不容易形成稳定的液膜，这样的话，使机械密封端面处于一种干摩擦状态，导致密封端面磨损严重，使机械密封非正常失效，缩短了机械密封使用寿命[3]29-30.

在API682-2004中提到“在温度高于82℃(180℉)热水的工况下，应采取适当的冷却措施，以保证介质具有良好的润滑性”.原因是机械密封在正常运转时，端面之间是相对滑动的状态，端面之间就会产生一种摩擦现象，摩擦后就会在密封端面周围产生大量热量，使设备运行时的温度升高.温度越高，水的饱和蒸汽压就越高，但是在实际设备运行时输送压力是一定的，一旦密封运行时所产生的摩擦热不能被及时带走，就会导致密封腔的温度升高，使其饱和蒸汽压力超过输送压力，造成介质汽化，密封端面间液膜被破坏，无法形成稳定的液膜，密封端面磨损加剧，从而导致密封失效[3]29-30.

因此，为了使端面摩擦热能快速地散发出去，需要采用合适的辅助冲洗方案来降低密封运行时的温度.通过大量实践应用发现，此类介质的冲洗方案一般情况下都选择采用PLAN23方案.

如图1所示，循环液由密封腔中的泵送环从循环出口(1)送出，经换热器(6)返回到密封循环入口(2)，通过冷却少量循环液来最大限度减少换热器的热负载.其中换热器的应用可以充分降低密封腔的温度.

图1 密封腔及管道仪表流程1.循环出口；2.循环入口；3.急冷(排液)接口；4.密封腔；5.泵送环；6.换热器；7.节流衬套；8；排气口

在此冲洗方案中，影响PLAN23方案冷却效果的因素有很多，如泵送环形式的合理选择、换热器大小的选择、循环出入口位置的排布等等.其中循环出入口位置的排布，将直接影响到整个辅助系统的工作情况，一旦布置不合理，则可能在安装或运行时产生气阻，使循环出入口之间无法形成循环，这样的话，换热器就无法起到降低温度的作用，当然也无法降低密封运转温度，容易让密封处于气态运行环境中，使密封端面不能形成稳定的液膜，从而加剧密封端面磨损影响密封使用寿命.

3 实例分析：管线位置的合理布局对机械的影响

以某厂的高温高压锅炉水泵的管线排布为例实际说明一下接口位置布置的合理性对密封的影响.该设备的相关设计参数如表1所示.

表1 设计参数

该设备冲洗方案接口位置布置在最初设计如图2所示，从图2中可见，PLAN23方案的冲洗出口在密封腔上设置，冲洗入口排布在密封压盖上，从圆周方向看(图2中的A向示意)，冲洗入口布置在正上方(12点钟方向)，冲洗出口布置左上方位置(在10点钟方向上)，如果采用这种接口布置方式，那么就存在一个很大的缺点.

图2 初始密封管线接口布置示意图

从圆周方向上看，冲洗出口的位置低于冲洗入口的位置，因此可能会在密封腔的某一部分存在着气体无法及时排净的情况，会出现如图2中的B区域为液体区域，C区域可能就会存在着气体. 由于密封端面的外径低于密封腔内径，因此这套密封在运行时，密封端面有一部分是处于气态状态中的，使端面磨损加剧，另外在冲洗入口接口处的气体如果无法及时排净，容易形成气阻，阻碍换热器的循环，使换热器无法起到冷却作用，不能及时带走摩擦热，从而影响密封的使用寿命.

根据以上分析，考虑到设备本身的结构尺寸，由于接口位置的轴向方向的尺寸无法更改，圆周位置的冲洗出口位置无法全部改变.因此，经过与设备厂商的沟通，我们决定更改冲洗入口的位置，如图3所示(A向示意)，我们将冲洗入口的接口位置设置在水平方向的右侧(3点钟方向)，在正上方设置一个排气孔(12点钟方向).

图3 更改后的密封管线接口布置示意图

这样的话，在设备运行前，采用手动盘车，使密封腔中的气体可以从正上方的排气孔排出，待气体排净后，设备正式运转前再将此口堵塞，且在圆周方向上，冲洗入口接口的位置低于冲洗出口的位置. 在设备运转的时候，区域D充满了液体，密封端面始终处于液体中，而且这样的接口消除了原先设计中存在气阻影响循环的设计隐患，保证了换热器的循环顺畅，使换热器起到降温的作用，使密封的工作环境得到改善，延长密封的使用寿命.

4 结语

通过以上的叙述可以看出，在进行密封设计时，如果冲洗管线位置接口布置得不合理，将会直接影响到密封的运行状态，从而影响到密封的使用寿命.因此，在进行密封设计的时候，不仅要考虑到密封本身的结构、参数、材料的选择，还要注意辅助冲洗方案的选择，并且要在设计时结合设备的结构尺寸，合理的布置接口位置，这样才能使设计出的机械密封产品符合要求，保证密封的可靠运行，满足用户的使用期望，达到双方面满意的目的.

[1] 顾永泉. 机械密封实用技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.

[2] 陈德才, 崔德容. 机械密封设计制造与使用[M]. 机械工业出版社, 1993.

[3] 车万慧, 刘 斌, 李景涛. 适用于高温热水工况的机械密封方案[M]. 化工设备与管道, 2010.

[责任编辑 迎客松]

The Influence of Pipeline Location for Mechanical Seal

WANG Jin

(LiaoningMechanicalandElectricalEngineeringPolytechnic,Dandong118009,China)

Stable operation of the mechanical seal depends not only on the Mechanical seal structure itself、materials and reasonable selection of parameters, but also the relationship with the external conditions of the mechanical seal. The paper, starting from the point of view of external conditions, analyzed that when using PLAN23, PLAN23 played a good action, so that the mechanical seal run in a good working environment to improve the mechanical seal life and ensure the stable operation of the device. Moreover, taking high-temperature high-pressure boiler feed pumps in the pipeline location arrangement as an example, the paper illustrated the influence of the program in PLAN23 pipeline connector locations reasonable arrangement to seal life.

flushing； position； life

2014-12-10

王 劲(1968- )，男，上海人，辽宁机电职业技术学院教务处实验师，主要从事机械制造研究。

1671-8127(2015)02-0058-03

TH136

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