串联机封在AY油泵的应用

　　【摘要】AY型油泵系列是在老Y型油泵系列的基础上进行改造并重新设计的。AY油泵是为满足现代化建设的需要，尽快地适应以节能为中心的设备更新换代而发展的新产品。串联式机械密封由两套或两套以上同向布置的单端面机械密封所组成的机械密封。本公司配置416不锈钢轴，串联机械式密封，泵体部分的轴封为两套串联的机械密封，上部机械密封代号为60B，下部机械密封代号为60A。采用串联式机械密封代替原机械密封，解决了减底泵机械密封冲洗液对介质的影响问题。
　　【关键词】串联机械式密封，AY型油泵
　　一、AY型油泵的特点
　　AY型油泵具有以下几大特点：AY油泵轴承体部件将原来的35，50，60轴承体分别用45，55，70轴承体，提高了可靠性。AY油泵水力过流部件采用了高效节能泵的水力模型，平均比老Y型油泵的效率高5-8%。为保持继承性，AY型油泵的结构型式、安装尺寸、性能参数范围保持与Y型油泵相同，便于老装置更新改造。AY型油泵的零部件通用化程度高，通标件为几个系列产品共用。选材精炼，主题以Ⅱ、Ⅲ类材料为主，轴承体等零件增加为铸钢、铸铁两种，为寒冷地区、露天使用以及船用提供了有利条件。轴承有空气冷、风扇冷、水冷三种，根据泵的不同使用温度选用。其中风扇冷尤为适用于缺水或水质差的地区。
　　二、串联机封在AY油泵的应用的原因
　　目前，国内外炼油行业高温热油泵普遍采用接触式波纹管单端面机械密封，国产波纹管机械密封的使用寿命平均一年左右，进口波纹管机械密封可达两年以上，但基本上必须采用各种冲洗和冷却等措施，以降低摩擦温升，防止结焦、热裂、波纹管失弹、波纹管断裂、泵抽空、密封件老化等而导致密封失效。为此，必然消耗大量的冲洗油和冷却水，造成运行费用高（初步估计，一台热油泵年冲洗冷却所需运行费用超过10万元），能耗量大，而且密封可靠性差，安全性低，维修成本高。
　　统计结果表明，在保证辅助系统正常工作和泵稳定运转的情况下，高温油泵机械密封的使用寿命可达一年以上。但是，随着对现代工业生产节能减排要求的不断提高，单端面波纹管型机械密封及辅助系统的使用性能已不能满足要求，暴露出的主要问题有：
　　①采用现有的机械密封及其辅助系统，在高温油泵的运行过程中，变工况操作时有发生。泵抽空、误操作、人为流量调节等都使机械密封处于变工况条件下。当密封介质的压力产生剧烈波动时，可引起摩擦副的相互冲击，造成端面损伤，从而影响密封效果；如果密封腔操作压力波动并瞬间成负压，波纹管收缩而不能及时恢复，动、静摩擦副间形成的油膜密封被破坏而造成突发性泄漏失效。
　　②工作介质温度很高，再加上密封摩擦副端面的摩擦热，一旦冲洗系统发生故障，使得端面温度急剧升高，造成端面液膜汽化导致干摩擦，短时间内可使密封失效；其次，高温还可使石墨环性能下降，严重时可将浸渍剂熔化；再次，当动静环材料取碳化钨—石墨配对时，高温还可使石墨环（静环）表面产生环状沟纹，碳化钨（动环）也易脱落；最后，高温下摩擦副热变形较大，使端面摩擦状态发生变化，导致密封系统提前失效。
　　③运行费用高、能耗量大。对于常、减压塔底渣油泵采用外冲洗方案2，冲洗液直接进入工艺介质中，使其消耗量较大，生产成本较高。如某厂常减压装置中的两台004减底泵，一台泵每天有超过20吨蜡油注入了重油渣油系统，按重油与蜡油差价1000元/吨计算，每天经济损失估计20×1000=2万元。则一年损失为2万元×360=720万元。采用自冲洗方案1把高温介质降温后再注入泵内，必然消耗大量的热量，使泵的效率降低。与此同时，消耗的冷却水量亦相当可观。
　　④方案1和方案2均需对机封静环背面处必须通入急冷水进行冷却，其作用是冷却动静摩擦副，从而在一定程度上降低波纹管及摩擦副间的温度，为机封提供适宜的运行环境，防止机封部件高温变形或失效，从而达到提高密封效果和延长使用寿命的目的。但由于冷却水在高温部位结垢使得其部分结于动静摩擦副及与之相贴紧的轴套上和波纹管的波片之间，使波纹管失去弹性而失效。
　　三、串联机封在AY油泵的应用实例
　　我公司拥有自主知识产权的新型波纹管机械密封有串联式波纹管机械密封，本实用新型涉及一种轻中型载荷化工泵用新型串联式机封结构。包括泵轴、叶轮、泵盖、机封动环、机封静环、静环座、缓冲端机封动环、缓冲端机封静环、机封压盖，其特征在于：在近叶轮处的轴上有前端轴套，前端轴套上依有机封动环、机封静环和静环座，与前端轴套相接的泵轴上有后端轴套，前端轴套和后端轴套的接触面上有端面O型圈，在后端轴套上依此套有缓冲端机封动环、缓冲端机封静环。前端轴套和后端轴套由同一键连泵轴。本实用新型的优点是两套机封相对独立，在安装和以后的更换过程中可以独立的对其中一套机封进行拆装更换。同时由安装于轴上的同一个键进行扭矩传递，保证了运行的同步性。这样简化了设计加工和安装，也能保证机封的可靠性能。
　　其主要特征有：
　　（1）串联式波纹管机械密封，通过可为一套生产装置中的热油泵群提供冲洗冷却油的辅助系统，向两套密封之间注入一定量的低温冲洗油，其主要作用是把密封产生的摩擦热带走，除极少量的冷却油经内侧非接触式机械密封进入泵内（少于1升/小时），绝大部分在封油辅助系统内冷却后循环使用。两套密封基本上处于相对低温的洁净环境，运行条件大大改善，密封工作的稳定性和可靠性显著提高的同时，封油的消耗量大大减少。
　　（2）介质侧密封为一波纹管式非接触机械密封，其端面结构采用流体动压槽结构。端面动压槽的作用首先是把外径侧的微量冷却介质泵送至密封端面之间，在流体动压效应的作用，密封端面流体膜压增加，一方面，可以使密封处于全液膜非接触稳定状态下工作，避免高温油汽化、结焦、泵抽空、压力波动等原因造成密封失效，可靠性显著提高，使用周期大大延长；另一方面，端面液膜压力高于密封介质压力，可有效阻止高温介质的泄漏，达到安全生产的目的。
　　（3）大气侧密封一般采用普通的接触式波纹管机械密封，其主要作用是防止冷却油向外界泄漏。另外，一旦主密封失效，该密封马上起安全密封的作用。由于处于完全的相对低温、低压和洁净的环境下运行，该密封运行的可靠性和稳定性远远优于常规的单端面接触式波纹管机械密封。
　　四、串联机封在AY油泵的应用优势
　　我公司自行研制开发的串联机械密封系统替代普通的接触式波纹管机械密封及辅助系统，具有以下突出优势：
　　1）密封的使用寿命大大延长，运行安全性和可靠性明显提高
　　①由于密封处于低温、洁净的冷却油环境，运行条件大大改善，密封的使用寿命自然得到延长，
　　②主密封为非接触式结构，摩擦温升小，消除了波纹管因高温失弹、结焦失弹、断裂等现象，避免密封端面过度磨损、热裂而失效。
　　③对于塔底泵、渣油泵等输送含固体颗粒的热油泵，由于非接触式主密封具有优良的防固体颗粒能力，因固体颗粒造成端面磨粒磨损而失效的概率显著下降。
　　④密封处于相对稳压的条件下运行，大大降低了在泵抽空、误操作、人为流量调节等变工况条件下出现早期随机失效的可能性。
　　⑤外侧副密封具有安全密封的功能，一旦主密封失效，副密封能迅即发挥作用，从根本上避免高温热油外漏而引发火灾等灾难性事故。
　　2）可大大减少机封用冲洗冷却油和降温冷却水的消耗量，显著降低运行能耗，提高泵的运行效率
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