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随着机械密封技术的发展,各种新型机械密封的出现,机械密封在生产中起到了越来越重要的作用,其使用范围也越来越大,在石化工艺装置机泵中,有86%以上使用机械密封。在对国内外石化企业的调查中,发现在对日常机泵等设备的维修工作中,对机械密封进行的维修所占的工作量达到了5O%。国外爱克西翁公司的威尔在其文中提到,离心泵的维修费大约有70%是由于密封故障。目前在石化炼油厂中大量使用热油泵、烯烃泵,变工况工作经常出现,如热油泵的抽空现象、操作工操作不当、人为的流量扬程调节等使机械密封处在变化的条件(即变工况)下工作。变工况工作轻者使机械密封出现跑、冒、滴、漏现象,重者造成机械密封失效影响安全生产。另外,在变工况下工作,机械密封将极大地降低其使用寿命.使得操作工不得不停机对其进行更换,增大了操作人员额外的工作量,更主要的是机械密封的频繁更换直接影响了装置的长周期稳定生产,而国内机械密封在变工况条件下的失效占较高比例,在实际生产中,如何使得机械密封在变工况条件下仍能稳定工作成为困扰现场技术人员的难题。对变工况条件下对机械密封端面稳定性进行研究有利于提高热油泵、烯烃泵中机械密封的使用寿命,降低设备的维护费用,提高设备的运行时间,进而增加工厂的经济效益。此外,对变工况条件下机械密封瑞面稳定性的研究,是研制和开发新型抗变机械密封的理论基础,有利于变工况机械密封的工业化应用。因此,研究变工况理论对保证密封良好运行意义重大,作者通过模拟变工况,对变工况条件下机械密封端面运动稳定性进行了实验研究。
首先,根据变工况机械密封理论分析了机械密封在工况变化瞬时密封端面膜压方程,对密封端面问液膜发生闪蒸时开启力与位移的关系进行了研究。通过分析影响汽液两相机械密封稳定性的各种因素,得出汽液两相机械密封在变工况发生时的端面失效形式判据。
其次,利用自行研制与开发的模拟变工况条件实验装置,首次通过实验做出了端面闪蒸,并测出了闪蒸压力,对机械密封在变工况条件下端面膜压分布以及动环位移进行了实验研究,验证了变工况时汽液两相机械密封端面因为闪蒸而失效。在实验中,首次应用可视化手段观察并记录了闪蒸过程。
最后得出:工况变化瞬时,液膜压力的失稳导致汽化半径瞬时增大,端面发生闪蒸,闪蒸压力超过液膜压力5~10倍;由于端面剧烈闪蒸,导致端面瞬间开启,最大开启量为正常工况膜厚的80倍左右;工况变化后,流体膜出现动压力;密封流温度、pv越高,闪蒸越剧烈端面开启量越大。