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乳化液泵站填料密封試驗分析
添加:2021-8-13 10:49:26    游覽:173    來源:網絡

  填料密封在高壓液流沖擊、 柱塞往復運動摩擦等引起的周期性交變載荷作用下,使填料密封材質產生較快的磨耗, 致使填料密封使用壽命大大縮短,造成停車更換等生產事故,因填料密封泄漏造成停泵檢修的次數占各種原因停泵次數的38%,因此,對乳化液泵站高壓填料密封失效分析研究尤為重要。筆者結合北京天地瑪珂電液控制系統有限公司在630 L/min、 40MPa高端乳化液泵站研制重點項目過程中填料密封井下工業試驗的測試情況,分析了填料密封壽命的直接影響因素,并提出相應的優化改善措施,可延長其使用壽命。

  為了保證乳化液泵站的樣機井下工業性試驗的可行性,選用3種填料密封進行測試對比,3種填料密封尺寸見表1。

表1 3種填料密封尺寸

  3種盤根的安裝厚度均由填料箱中安裝槽的深度和預壓縮量來確定,內外徑尺寸由柱塞直徑和填料密封的橫截面確定,A 型和 B 型材質為具有自潤滑的石墨芳綸角線 PTFE材質,C型材質為石蠟浸泡過的的芳綸角線 PTFE材質,3種型號的填料均為單段長密封,按柱塞直徑疊壓為3層,導向套與柱塞均選用同一加工批次配套,以保證其配合間隙。

  填料密封試驗結果

  該乳化液泵站樣機工業性試驗的工作面介質為比例1∶9的乳化油和水的混合物, 執行液壓支架用乳化油、濃縮液及高含水液壓標準(MT76-2011) 行業標準配比,介質壓力為40 MPa, 流量為630L/Min,介質溫度為 25℃ ~45℃,柱塞往復速度為2.4m/s;工作面煤塵較大,工作環境惡劣,經測試填料密封A型在1000h左右出現泄漏,B型在480h出現泄漏,C型在720h左右出現泄漏,經過拆解發現分別與A、B、C三者配合的柱塞表面和導向套均出現不同程度的拉傷磨損,靠近壓塊一側的填料周向出現磨損斷線擠出毛邊的失效狀態,且用石蠟處理過的 C 型填料所配套柱塞拉傷較其它兩種更嚴重,其失效狀態如圖2、 圖3和4所示。

圖2 柱塞失效狀態

圖3 填料失效狀態

圖4 導向套失效狀態

  填料密封機理分析

  整體分析該填料密封結構屬于徑向式密封,填料依靠固定壓塊產生軸向壓緊力,將軸向力轉變為徑向力,使填料產生變形而緊貼在柱塞面上, 從而產生徑向密封的效果。從微觀上看,柱塞表面由于加工制造產生的表面微凸體使柱塞表面與填料只能部分貼合, 未接觸的凹部形成小溝槽,有較厚的液膜,當柱塞與填料有相對運動時, 接觸部分與非接觸部分形成了無數微小的相當不規則的“迷宮”,造成高壓流體的節流減壓,依靠這種“迷宮效應”達到密封。柱塞做往復運動時,填料同柱塞表面間的相對運動類似滑動軸承, 為了避免干摩擦和局部高溫,填料材料本身的自潤滑性并通過填料箱結構設計實現將低壓液引至填料密封處潤滑,而柱塞通過往復運動可在閥體中快速冷卻,由此保證了填料與柱塞表面間有足夠的潤滑和冷卻,延長填料密封的使用壽命 。所以,本項目乳化液泵填料密封結構的機理可認為是“迷宮效應”與“軸承效應”的綜合作用。

  從3者失效表面對比分析可以看出,A 型和 C型屬于截面形狀規則的正方形填料密封,較其 B型截面為矩形形狀,相同層數下 A 型和 C 型與柱塞的徑向密封面積更大,“迷宮效應”和 “軸承效應”綜合作用更明顯,在預緊力一致的條件下,表現出更高的使用壽命,但 A 型材質采用石墨自潤滑, C型采用石蠟浸泡形成的密封表層容易硬化,回彈率低,導致與其配合的柱塞表面更易拉傷,造成潤滑失效,從而加劇填料徑向方向材質的磨損,這樣在交互磨損狀態下,大大降低了填料和柱塞的使用壽命。

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