离心机机封失效分析及改进

陈仁来
摘　要:对离心机心轴机封的失效情况进行原因分析,并根据具体情况采取相应的措施。
关键词:离心机;波纹管机封;端面比压
1 　概述
　　M701 离心机是我厂1 # PTA 装置精制工段的关键设备,为立式结构,由英国的ALFA LAVEL 公司制造,型号为P -6100 ,共有4 台,正常情况下三用一备,工作转速为2000r/ min ,工作压力为0. 45MPa。它将第五结晶器过来的浆料进行离心机分离,以除去物料中的PT 酸。离心机本身具有3 条油路,1条用于对齿轮箱的润滑,为150 号油,正常油压为0. 72MPa ;1条用于对支撑轴承的润滑,为46 号油,正常油压为0. 07MPa ;还有1 条用于对心轴机封的润滑和冷却,为46 号油,正常油压为0. 55MPa 左右。后2 条油路共用1 个油箱。笔者主要是讨论第3 条油路上的心轴机封问题。如图1。

2 　心轴机封失效问题[1 ]
2. 1 　机封情况介绍
　　心轴机封采用的是波纹管机封,但在实际使用过程中很不稳定,有的刚使用就会有泄漏,好的能运行3 个月左右。泄漏的情况也不相同,有的是润滑油大量泄漏进入到工艺系统,影响产品质量;有的是工艺介质进入润滑油,导致润滑油乳化失效。
2. 2 　失效分析
根据国内制造厂家所使用的材料等方面的数据进行计算:
波纹管内径: d1 = 217. 9mm;外径: d2 = 251. 1mm;
石墨环内径: D1 = 235. 2 mm;外径: D2 = 241. 6 mm;
密封腔压力: P腔= 0. 55MPa ;介质压力: P介= 0. 45MPa ;
波纹管刚度: K = 10. 2N/ mm; 　压缩量:8mm;
波纹管有效直径: De = 237. 1mm;
端面面积:A =π(24. 162 - 23. 522) / 4 = 23. 97cm2
波纹管比压: Pt = Ft/ A = 10. 2 ×8/ 23. 97 ×10 - 4 = 0.034MPa ;载荷系数: K = ( D22- De2) / ( D22 - D12) = 24. 162 - 23.712/ 24. 162 - 23. 522 = 0. 706。
根据实际工况取λ= 0. 4
则端面比压Pb = Pt + ( P腔- P介) ( K - λ)= 0. 034 + (0. 55 - 0. 45) (0. 706 - 0. 4)= 0. 065MPa
因设备安全阀起跳压力为: P介高= 0. 59MPa
则设备超压时的端面比压:Pb′= Pt + ( P介高- P腔) (1 - K - λ)= 0. 034 + (0. 59 - 0. 55) (1 - 0. 706 - 0. 4)= 0. 03MPa
如果油系统停运,而设备保持工作压力,则此时端面比压:
Pb″= Pt + ( P介- P腔) (1 - K - λ)= 0. 034 + (0. 45 - 0) (1 - 0. 706 - 0. 4)= - 0. 014MPa
由上面计算结果可以看出:
①Pb > 0 , Pb′> 0 ,即油系统运转时,即使机封承受反压,机封的端面比压也大于零,照理说,机封不应该泄漏,但对于2000r/ min 的离心机,其推荐端面比压为0. 3MPa (厂家推荐;文献2 推荐值为0. 1～0. 8 MPa) ,显然该机封的Pb 值偏低,也就是为什么有时候机封很容易漏油。
②Pb″< 0 ,即设备停车后,油系统停运,而设备保持工作压力,这时端面比压小于零,机封肯定泄漏,也就说明了为什么润滑油容易乳化。
3 　采取的措施
3. 1 　提高波纹管的压缩量
　　为了保证油系统停运后,设备未能正常卸压而导致机封泄漏的情况,通过反推计算,这时机封的压缩量不得低于11.2mm ,为了保证新机封达到这个压缩量,安装新机封时采用了在动环的背面添加金属垫片的方法(如图2 所示) ,正常压缩量为11. 5～12 mm。
3. 2 　优化工艺操作
　　为了防止润滑油的乳化,要求工艺人员在停油系统前,一定要将设备卸压并将设备冲洗干净,并且一直运行到回油温度与供油温度没有差异时,才可以将油系统停运。

3. 3 　提高润滑油的压力
　　提高了波纹管的压缩量,等于提高了机封的端面比压,对于提高润滑油的压力,也是提高机封的端面比压,然而,端面比压并不是越大越好,况且润滑油压力也不可能提得很高,基于这种观点,决定将润滑油的压力提高到0. 6～0. 7MPa ,也就是正常运转时,机封两侧的压差为0. 15～0. 25MPa ,这时机封的端面比压为0. 094～0. 125MPa。
　　密封端面的平均速度为:
υ =π( D1 + D2) n/ 120=π(235. 2 + 241. 6) ×2000 ×10 - 3/ 120= 24. 97m/ s
所以Pbυ= 2. 35～3. 12 < [ pυ] = 5. 67MPa·m/ s (厂家推荐值)
　　即机封是可以运行的,从实际使用效果来看,机封的使用寿命也已经得到了大幅度的提高,一般情况下能运行1 年左右,已能满足正常生产的要求。