淺析福斯機械密封在大型輸油泵上的應用

李占東 宋宇軒

(塔里木輸油氣分公司,新疆庫爾勒 841000)

淺析福斯機械密封在大型輸油泵上的應用

李占東 宋宇軒

(塔里木輸油氣分公司,新疆庫爾勒 841000)

為了掌握福斯機械密封在大型輸油泵上的應用情況,從福斯機械密封的工作原理、結構特點等方面進行分析,得出福斯機械密封在大型輸油泵上應用的相對優勢,能夠提高輸油泵的運行效率和穩定性。

機械密封 密封點

機械密封是輸油泵密封的關鍵部件，機械密封性能的優劣不僅決定著泵運行過程中對輸送介質的密封性能，其安裝的作業水平也直接影響著泵體的運行工況及機械密封使用壽命。

1 機械密的特性及工作原理

機械密封，是一種常見的泵體軸封裝置，其主要工作原理是通過一對或數對垂直于泵軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏。機械密封與軟填料密封比較，有如下優點：(1)密封更為可靠，在長周期的運行中，機械密封狀態相對穩定，泄漏量很小，按粗略統計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；(2)使用壽命長，在油、水類介質中一般可達1～2年或更長時間；(3)摩擦功率消耗小，泵軸轉動時機械密封對泵軸的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；(4)軸或軸套基本上不會因為密封受摩損；(5)維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經常性的維修；(6)抗振性好 對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；(7)適用范圍廣，機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。

圖1

圖2

但其缺點有：(1)結構較復雜，對制造加工要求高，一次性投資高；(2)安裝與更換比較麻煩，并要求作業人員有一定的安裝技術水平；(3)發生偶然性事故時，處理較困難。

常用機械密封結構如圖所示。由靜止環(靜環)1、旋轉環(動環)2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉環輔助密封圈6靜止環輔助密封圈8等元件組成，防轉銷7固定在壓蓋9上以防止靜止環轉動。旋轉環和靜止環往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償環。

機械密封中流體可能泄漏的途徑有四種，如圖中A、B、C、D四點所示（如圖1)。

C、D泄漏通道分別是靜止環與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封，二者均屬靜密封(沒有相對運動)。B通道是旋轉環(動環)與軸之間的密封，在機封實際安裝過程中，旋轉環(動環)與軸緊密結合，其相對運動可忽略不計，因此，B通道仍然是一個相對靜密封。由于密封面沒有相對運動，靜密封通道相對來說比較容易封堵，一般使用橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈等靜密封元件即可實現有效密封。

A通道則是旋轉環與靜止環的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是機械密封裝置中的主密封，也是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，密封端面的加工精度要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜(潤滑液膜常為輸送介質)，必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力。如果壓力過大，不易形成穩定的潤滑液膜，會加速端面的磨損，壓力過小，則密封端面間隙過大，泄漏量增加。所以，要獲得良好的密封性能又有足夠壽命，在安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當的范圍，對安裝的技術水平要求較高。

2 庫鄯輸油管道庫爾勒原油站主泵機械密封技術分析

庫爾勒原油站主泵為德國梯森系列輸油泵，其機械密封為福斯廠生產產品，型號為UC 4000 HP，規格為5×4U，其設計精巧、加工精度高、密封性能優良(如圖2、表1）。

福斯機械密封結構特點為：

(1)密封各部件配合精度高；在機械密封的維修更換過程中，我們發現，福斯廠生產的機械密封靜環凸緣(S11)與泵體口環處的配合、動環軸套(S1)與泵軸的配合均十分精密，其精度均在毫米級，其中，動環軸套(S1)與泵軸的配合間隙僅為0.25毫米。雖然高精度的機械配合大大提升了機封性能及使用壽命，但也為安裝作業提出了較高的要求。

表1 福斯機械密封各部件序號及名稱

(2)機械密封動靜環加工精細，材料先進，質量過硬，密封本身性能優良；通過對福斯機械密封的實物分析，我們發現相對其他品牌機械密封，福斯廠密封柔性件使用了材質較為先進的氟橡膠材料，大大提升了設備使用壽命，在動靜環(S14/S15)與軸套(S1)及凸緣(S11)的結合上也采用了較為先進的設計理念，其獨特的動環軸向補償彈簧(S16)為一體式，有效規避了多彈簧推力不均導致密封面受力不均的問題，大幅提高了動密封的密封性能及壽命，另外，彈簧座(S17)與動環(S15)間的接觸采用了唇形密封圈(S4)進行緩沖，既提高了靜密封效率，也有效緩解了動環做軸向補償時彈簧彈力的沖擊。

(3)輔助密封設計精巧，靜密封面密封位置設置科學；通過對比傳統機械密封，我們發現，福斯機械密封在靜密封面的密封處理更為科學，靜密封點由傳統的3處細化為5處，分別為機封動環軸套與泵軸靜密封(S19)、動環與彈簧座間的唇形圈靜密封(S4)、靜環與靜環座間的靜密封(S71)、靜環座與凸緣間的靜密封(S13)、凸緣與泵殼間靜密封(S18)。這些靜密封的合理設置，不但更為有效的控制了靜密封點的泄流量，也使得機械密封的各機械連接點結合更為精巧。

以上是我們對機械密封工作原理的淺要理解及對本次作業實物的淺顯技術分析，水平有限，難免在分析上存在疏漏和錯誤，希望大家多多交流，指出我們的不足之處，為我們今后的工作提出寶貴建議。