孫衛(wèi)江

（中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司支持中心，甘肅 蘭州 730060）

如何避免防轉(zhuǎn)銷頂觸靜環(huán)

孫衛(wèi)江

（中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司支持中心，甘肅 蘭州 730060）

在安裝、檢修、更換機械密封靜環(huán)時，為了避免防轉(zhuǎn)銷頂觸靜環(huán)，通常的做法是在靜環(huán)防轉(zhuǎn)槽底部與防轉(zhuǎn)銷留有1～2mm的間隙。在密封腔內(nèi)壓力較低（如＜0.5MPa)的情況下，這種做法是可行的，但在密封腔壓力較大的情況下，就存在防轉(zhuǎn)銷頂觸靜環(huán)的危險。尤其當(dāng)靜環(huán)材料為碳化硅時，其韌度低、脆性大的特性有可能導(dǎo)致靜環(huán)斷裂。本文通過實驗的方法給出了靜環(huán)槽底安全距離Lmax，以供在密封檢修時參考。

實驗；靜環(huán)；防轉(zhuǎn)銷；O形圈；變形；安全距離

1 防轉(zhuǎn)銷、靜環(huán)與O形圈

機械密封用于各種離心泵和轉(zhuǎn)子泵上，其作用是阻止泵內(nèi)流體泄漏到大氣側(cè)。機械密封是由許多元件組成而具有旋轉(zhuǎn)密封性能的部件。其中靜環(huán)（也稱非補償環(huán)）是密封面一側(cè)的零件，它安裝在密封端蓋，靜止不動（但有軸向、徑向的輕微振動）。橡膠O形圈的作用是密封住靜環(huán)周圍的流體泄漏出大氣側(cè)，需要橡膠O形圈一定的預(yù)壓縮變形（15%～21%）來實現(xiàn)密封性能。防轉(zhuǎn)銷阻止靜環(huán)做圓周滑動，它與靜環(huán)上的槽配合來達到防止靜環(huán)旋轉(zhuǎn)的作用，如圖1所示。在組裝機械密封時，安裝靜環(huán)的通常做法是讓靜環(huán)槽的底部與防轉(zhuǎn)銷的頂部保持1～2mm的間隙。當(dāng)機械密封承壓時，靜環(huán)受壓發(fā)生軸向位移使這個間隙減小，當(dāng)泵壓力達到較大值時，防轉(zhuǎn)銷觸及靜環(huán)槽底部。這種情況造成密封泄漏，甚至靜環(huán)斷裂造成事故。以下就確定上述間隙的問題，用實驗的方法展開討論。

圖1 機械密封結(jié)構(gòu)簡圖

2 方法

（1）在靜環(huán)上方施加力（由彈簧拉壓力實驗機提供），O形圈變形，靜環(huán)產(chǎn)生位移，記錄位移數(shù)據(jù)。見圖2。（2）選取密封腔絕對壓力為2.2MPa。按照API682-2004選取系列1密封作為依據(jù)。該系列密封用于非ISO13709密封腔的情況，但需要滿足AMSEB73.1,AMSEB73.2和ISO3069C型密封腔的尺寸要求。其適用范圍如下：密封腔溫度-40℃（-40℉）～260℃（500℉）；密封腔絕對壓力≤2.2MPa（22巴或315磅/平方英寸）。

蘭州石化在用常用的密封制造商的密封產(chǎn)品的最大設(shè)計壓力集中在2.1～2.5MPa，以下是常用的旋轉(zhuǎn)式金屬波紋管密封的統(tǒng)計，見表1。（3）實驗機加力大小的計算。

公式：F=（A+A1）Ps+ft。

表1 常用密封的最大設(shè)計壓力表

圖2 力作用下靜環(huán)位移

圖3 液體靜壓作用在靜環(huán)上的有效面積

圖4 靜環(huán)槽底安全距離Lmax

其中：A、A1：為液體靜壓作用在靜環(huán)上的有效面積，見圖3液體靜壓作用在靜環(huán)上的有效面積，單位：㎡。Ps：密封腔內(nèi)流體壓力，此處指液體靜壓為2.2MPa；ft:波紋管在壓縮6mm時的彈簧力，用彈簧拉壓實驗機測得，單位：N；F：液體靜壓為2.2MPa時，靜環(huán)受到的軸向推力，單位：N。（4）選取靜環(huán)規(guī)格為45～95，所對應(yīng)的靜環(huán)尺寸和O形圈規(guī)格符合EN12756、ISO3069、GB/T6556標(biāo)準(zhǔn)，見表2靜環(huán)尺寸表。（5）實驗設(shè)備：彈簧拉壓力實驗機T2000，拉壓力測試范圍0～2000N（精度±1N），位移行程0～120mm（精度0.02mm）。

表2 靜環(huán)尺寸表

3 實驗

3.1 實驗過程

（1）在O形圈涂和壓蓋抹皂水，用臺式手搖鉆將靜環(huán)整體壓入壓蓋內(nèi)，用深度游標(biāo)卡尺測量密封端面到壓蓋端面的距離，確保靜環(huán)安裝平行。（2）工件平穩(wěn)放置在彈簧拉壓力實驗機平臺，加壓力至2000N，記錄儀自動給出壓力—位移數(shù)據(jù)。（3）以5N為記錄的初始0位移位，直到指定力F時的位移就是O形圈的變形量△h。

3.2 數(shù)據(jù)分析

由于O形圈壓縮變形數(shù)據(jù)受到橡膠硬度、過盈量、表面粗糙度、安裝等因素的影響，O形圈壓縮變形數(shù)據(jù)存在一定誤差，但大致能夠顯現(xiàn)存在一定的規(guī)律：（1）O形圈處于不受壓的安裝狀態(tài)時，O形圈處于徑向壓縮狀態(tài)，其截面產(chǎn)生軸向變形（寬），與初始O形圈的截面直徑d1相比，變寬了10%～15%。（2）O形圈處于受到較大軸向壓力的工作狀態(tài)時，O形圈的截面尺寸軸向變窄，與O形圈的截面直徑d1相比，變窄了15%～22%。靜環(huán)位移1.5～2.4mm，其實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 O形圈壓縮變形數(shù)據(jù)表

3.3 推薦辦法

安裝靜環(huán)前要測量靜環(huán)臺階端面到槽底部的距離L，和壓蓋臺階端面到防轉(zhuǎn)銷邊緣的距離L1，按Lmax=L1+0.78d1-1（單位mm，d1：O形圈截面直徑）計算最大靜環(huán)臺階端面到槽底部的距離Lmax，如圖4所示。

4 結(jié)論

在靜環(huán)防轉(zhuǎn)槽底部與壓蓋防轉(zhuǎn)銷邊緣之間留有1～2mm的間隙存在安全隱患。當(dāng)密封腔壓力大于1.2MPa的工況下，這個安全的間隙應(yīng)確定為3～3.5mm。在實際檢修中測量該間隙時，由于空間位置限制，不能保證做到測量準(zhǔn)確，本文的“確定靜環(huán)槽底安全距離Lmax”簡便易行的方法。

[1]離心泵和轉(zhuǎn)子泵用軸封系統(tǒng).美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)APISdt:2004.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO21049:2004.

[2]何玉杰，等.合肥工業(yè)大學(xué).機械密封選用手冊[M].機械工業(yè)出版社，2011.8.

[3]顧永泉著.密封實用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2001.

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