热油泵用双端面波纹管机械密封的设计

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热油泵用双端面波纹管机械密封的设计

热油泵用双端面波纹管机械密封的设计

摘 要

热油泵是化工行业常用的装置,是一种高温装置,高温条件下的机械密封是机械密封中的难点和重点。本文将针对具体的工况条件,即高温高压,介质高粘度,选用双端面波纹管机械密封作为热油泵机械密封。本文设计的双端面波纹管是由两个单端面波纹管背对背布置而成的,设计过程主要包括参数计算和结构设计。介质侧和大气侧参数计算中,分别进行了几何参数计算、力学分析和性能参数分析。结构设计中,选用动环为补偿环,静环为非补偿环,分别对其进行尺寸结构的设计;静环处设计有辅助密封圈;弹性元件为波纹管,根据经验公式对其进行结构参数计算和尺寸设计。应对高温条件,设计有辅助系统,根据API682标准选用方案23,起到冲洗冷却的效果。

本文对于高温热油泵机械密封的设计具有一定的参考意义。

关键词:高温热油泵;双端面密封;波纹管密封;机械密封

Abstract

Heat pump is appliances commonly used in the chemical industry, which is a high-temperature device, and high temperature conditions of mechanical seal is difficult and important in the mechanical seal. Design of double-bellows mechanical seals is composed of two single face corrugated pipes back to back arrangement , and design consists primarily of parameter calculation and structure design. Parameter calculation in the media side and air side , respectively for geometrical parameter calculation and mechanical analysis and analysis of performance parameters. In structural design, select primary rings for the compensation ring, mating ring for the non-compensated ring, and separately design size structure ; mating ring is designed with secondary sealing rings ; elastic elements are the bellows, which is based on the empirical formula for the calculation of structure parameters and dimensions. Dealing with high temperature conditions, design systems , selected according to the API682 standard programme 23, flushing a cooling effect.

This article for the design of high-temperature heat pump mechanical seal has some significance.

Key words: high-temperature heat pump; double seal; bellows seal; mechanical seal

目 录

第一章 绪论 ................................................................................................................................... 1

第二章 基本结构确定................................................................................................................... 2

2.1 热油泵工况参数............................................................................................................... 2

2.2 密封分类........................................................................................................................... 2

2.3 密封结构确定................................................................................................................... 2

2.4 介质物性参数................................................................................................................... 3

2.5 双端面波纹管机械密封结构简图................................................................................... 3

第三章 介质侧密封设计............................................................................................................... 4

3.1 密封材料确定................................................................................................................... 4

3.2 密封端面设计................................................................................................................... 5

3.2.1 密封端面副结构..................................................................................................... 5

3.2.2 密封环主要尺寸..................................................................................................... 5

3.3 力学分析........................................................................................................................... 7

3.4 性能参数分析................................................................................................................... 8

3.4.1 pv值.......................................................................................................................... 9

3.4.2 摩擦系数f................................................................................................................ 9

3.4.3 磨损量..................................................................................................................... 9

3.4.4 使用寿命............................................................................................................... 10

3.4.5 泄漏量Q................................................................................................................ 10

3.4.6 摩擦功率消耗....................................................................................................... 11

3.4.7 摩擦热与循环(冲洗)量Qx............................................................................... 11

3.5 补偿环设计..................................................................................................................... 12

3.5.1 动环结构型式....................................................................................................... 12

3.5.2 补偿环设计原则................................................................................................... 12

3.5.3 动环尺寸............................................................................................................... 12

3.6 非补偿环设计................................................................................................................. 13

3.6.1 静环结构型式....................................................................................................... 13

3.6.2 非补偿环设计原则............................................................................................... 13

3.6.3 静环尺寸............................................................................................................... 14

3.7 辅助密封圈设计............................................................................................................. 14

3.7.1 静环辅助密封圈材料........................................................................................... 15

3.7.2 辅助密封圈的结构设计....................................................................................... 15

3.8 弹性元件设计(波纹管)............................................................................................. 16

3.8.1 波纹管密封特点................................................................................................... 16

3.8.2 波纹管结构尺寸................................................................................................... 16

3.8.3 波纹管计算........................................................................................................... 17

3.9 动环传动和静环支撑方式............................................................................................. 19

3.9.1 动环传动方式....................................................................................................... 19

3.9.2 静环支撑方式....................................................................................................... 19

第四章 大气侧密封设计............................................................................................................. 20

4.1 密封材料确定................................................................................................................. 20

4.2 密封端面设计................................................................................................................. 20

4.2.1 密封端面副结构................................................................................................... 20

4.2.2 密封环主要尺寸................................................................................................... 20

4.3 力学分析......................................................................................................................... 22

4.4 性能参数化..................................................................................................................... 23

4.4.1 pv值........................................................................................................................ 23

4.4.2 摩擦系数f.............................................................................................................. 24

4.4.3 磨损量................................................................................................................... 24

4.4.4 使用寿命............................................................................................................... 25

4.4.5 泄漏量Q................................................................................................................ 25

4.4.6 摩擦功率消耗....................................................................................................... 25

4.4.7 摩擦热与循环(冲洗)量Qx............................................................................... 26

4.5 补偿环设计..................................................................................................................... 27

4.5.1 动环结构型式....................................................................................................... 27

4.5.2 补偿环设计原则................................................................................................... 27

4.5.3 动环尺寸............................................................................................................... 27

4.6 非补偿环设计................................................................................................................. 27

4.6.1 静环结构型式....................................................................................................... 28

4.6.2 静环尺寸............................................................................................................... 28

4.7 辅助密封圈设计............................................................................................................. 28

4.7.1 静环辅助密封圈材料........................................................................................... 28

4.7.2 辅助密封圈的结构设计....................................................................................... 29

4.8 弹性元件设计(波纹管)............................................................................................. 29

4.8.1 波纹管结构尺寸................................................................................................... 29

4.8.2 波纹管计算........................................................................................................... 30

第五章 辅助系统......................................................................................................................... 32

5.1 采用辅助系统的理由..................................................................................................... 32

5.2 冲洗系统......................................................................................................................... 32

第六章 结论与展望..................................................................................................................... 34

符号表 ........................................................................................................................................... 35

参考文献....................................................................................................................................... 36

致  谢 ........................................................................................................................................... 37

参考文献

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