如何避免防轉銷頂觸靜環

孫衛江

（中國石油蘭州石化公司設備維修公司支持中心，甘肅 蘭州 730060）

如何避免防轉銷頂觸靜環

孫衛江

（中國石油蘭州石化公司設備維修公司支持中心，甘肅 蘭州 730060）

在安裝、檢修、更換機械密封靜環時，為了避免防轉銷頂觸靜環，通常的做法是在靜環防轉槽底部與防轉銷留有1～2mm的間隙。在密封腔內壓力較低（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，就存在防轉銷頂觸靜環的危險。尤其當靜環材料為碳化硅時，其韌度低、脆性大的特性有可能導致靜環斷裂。本文通過實驗的方法給出了靜環槽底安全距離Lmax，以供在密封檢修時參考。

實驗；靜環；防轉銷；O形圈；變形；安全距離

1 防轉銷、靜環與O形圈

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

圖1 機械密封結構簡圖

2 方法

（1）在靜環上方施加力（由彈簧拉壓力實驗機提供），O形圈變形，靜環產生位移，記錄位移數據。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。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品的最大設計壓力集中在2.1～2.5MPa，以下是常用的旋轉式金屬波紋管密封的統計，見表1。（3）實驗機加力大小的計算。

公式：F=（A+A1）Ps+ft。

表1 常用密封的最大設計壓力表

圖2 力作用下靜環位移

圖3 液體靜壓作用在靜環上的有效面積

圖4 靜環槽底安全距離Lmax

其中：A、A1：為液體靜壓作用在靜環上的有效面積，見圖3液體靜壓作用在靜環上的有效面積，單位：㎡。Ps：密封腔內流體壓力，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，靜環受到的軸向推力，單位：N。（4）選取靜環規格為45～95，所對應的靜環尺寸和O形圈規格符合EN12756、ISO3069、GB/T6556標準，見表2靜環尺寸表。（5）實驗設備：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整體壓入壓蓋內，用深度游標卡尺測量密封端面到壓蓋端面的距離，確保靜環安裝平行。（2）工件平穩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—位移數據。（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 數據分析

由于O形圈壓縮變形數據受到橡膠硬度、過盈量、表面粗糙度、安裝等因素的影響，O形圈壓縮變形數據存在一定誤差，但大致能夠顯現存在一定的規律：（1）O形圈處于不受壓的安裝狀態時，O形圈處于徑向壓縮狀態，其截面產生軸向變形（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%。靜環位移1.5～2.4mm，其實驗數據見表3。

表3 O形圈壓縮變形數據表

3.3 推薦辦法

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

4 結論

在靜環防轉槽底部與壓蓋防轉銷邊緣之間留有1～2mm的間隙存在安全隱患。當密封腔壓力大于1.2MPa的工況下，這個安全的間隙應確定為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確，本文的“確定靜環槽底安全距離Lmax”簡便易行的方法。

[1]離心泵和轉子泵用軸封系統.美國石油學會標準APISdt:2004.國際標準化組織ISO21049:2004.

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

[3]顧永泉著.密封實用技術[M].機械工業出版社，2001.

TB42

A

1671-0711（2016）11（下）-0162-02