高黏度燃料油泵用机械密封

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:李振威

1、高黏度燃料油泵密封失效原因

  就黏度而言,燃料油属于高黏度介质,主要成分是复杂的高分子烃类混合物及含硫含氮衍生物。通常泵输送燃料油密封,多采用填料密封。动力厂P515 燃料油泵使用填料密封,长期泄漏,造成频繁检修,增加维修费用。

  填料密封因介质的高温、高黏度及与轴的摩擦,在较短时期内其压缩性和回弹性急剧降低,且由于输出燃料油供应压力达到1.5MPa 以上,使密封很快失效并导致泄漏。

2、确定设计方案

  (1)在保留部分填料的情况下,使用机械密封。根据泵腔结构、介质性能等因素,设计多弹簧外装式机械密封。因决定保留填料,所以密封腔空间小,采用外装外流式密封结构是首选。

  (2)高黏度介质流动性和导热性差,端面润滑条件恶劣,密封环早期磨损、烧伤和破坏是该类密封失效的主要原因,因此减小端面面积,减少摩擦热的产生是密封设计的关键。补偿密封端面采用刃边形式,减小了端面面积,形成高的端面比压,可以切断高黏度介质,发热少,寿命长。

  (3)只有当填料密封发生泄漏,机械密封才能发挥作用,无泄漏时为防止端面干摩擦,在安装时密封与轴之间填满润滑脂,用于润滑端面。

  (4)采用刃口端面,端面比压有所提高,为快速散发端面摩擦热,在压盖上开低压蒸汽冷却接口,使用低压蒸汽(0.45MPa,155℃)快速带走端面摩擦热。密封结构见图1。

密封结构

图1 密封结构

  (5)摩擦副采用硬质合金对碳化硅,摩擦热少,符合PV 值的合理推荐数值;辅助密封采用氟橡胶,可耐高温;金属材料用Cr、Ni、Mo 不锈钢,可耐高温硫腐蚀;特殊的阻挡结构防止高黏度燃料油外泄对密封的粘着破坏。

3、设计计算

高黏度燃料油泵用机械密封

  (3)对黏度大的燃料油介质,端面比压一般选取0.5~0.7MPa,膜压系数0.3~0.4,而且密封腔压不超过0.25MPa。计算后得出密封腔压Pt=0.86MPa。因腔压小、膜压系数小,所以端面比压大小主要是由弹簧比压决定的。通过计算,弹簧比压达到0.86MPa。选用8 个刚度值为2N/mm 的小弹簧,保证压缩量≥5.5mm,以保证弹簧力足够将高黏度介质在端面处切断。

  (4)计算弹簧力。计算后得出弹簧力为89N。

Ft=Pt×A (3)

  (5)经计算和测试,设计端面的PsV 值(密封允许的工况负荷,MPa·m/s)为30.1MPa·m/s,对比表1。碳化硅对碳化钨允许PsV 值36MPa·m/s,低于允许值,完全合理。

表1 相关摩擦辅材料组合的允许PsV 值MPa·m/s

相关摩擦辅材料组合的允许PsV 值

4、实施效果

  经过长达12 个月的在线检验,改进后的机械密封完全满足燃料油输送生产工况,设备事故率降低,保证了生产运行周期。

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