基于Proe的机械密封参数化建模及其改进探究.doc

基于Proe的机械密封参数化建模及其改进探究本论文研究对象为美国福斯的5级离心泵，因此利用Proe专业三维造型软件对福斯5级离心泵的机械密封进行参数化设计，并且进行虚拟的自动化装配，可以在三维模型的基础上直观地了解机械密封的结构组成，具体分析机械密封的易渗漏部位。一、机械密封的结构和工艺分析机械密封的构成及材料的选择。机械密封结构种类繁多，机械密封主要部件的结构组成如下。1.静环。静环是不能做轴向移动的密封环，一般固定在压盖上不随轴旋转；在另一些结构中静环也可能是固定在轴套上而随着轴一起旋转的密封环，但不能做轴向移动，也不与弹簧连接。通常静环充当摩擦副中的软环，为了在运行中长期不破坏硬环的平直度和光洁度，要求静环材料的硬度小于动环材料的硬度，而且静环材料还应有自润滑性或具有在端面间保持润滑液膜的表面性能。常用的静环材料有石墨、青铜、四氟乙烯等，特殊情况下还可采用YG合金或陶瓷。2.动环。动环就是可以做轴向移动的密封环。在弹簧力的作用下，动环与静环贴紧形成一对滑动摩擦的密封端面。在密封断面逐渐磨耗的过程中，动环及时地做轴向移动，始终与静环贴紧，并随着轴一起旋转。3.压盖。压盖是密封室的端盖，在另一些结构中，压盖也可能兼作弹簧座。压盖上设有冲洗液输入孔，当被密封介质温度太高而为摩擦副所不允许，则由输油主泵引来一股低温的、不含杂质的介质由冲洗孔经压盖注入密封室内，于是机械密封装置就只与注入的冲洗液接触，实际上变成对冲洗液密封了，这就改善了机械密封的工作条件。冲洗液在一级叶轮出口压力的作用下，源源不断地以适当小流量注入密封室并沿着轴向流进泵腔内，混进被输送的介质从泵的出口输出。由于冲洗液就是输油主泵的输送介质，所以不存在影响成品油品质的问题。在冲洗的过程中，整个摩擦副也得到了冷却。压盖上还设有3个互为120°的泄漏检测孔，位于静环安装位置下面的阶梯孔的侧面，当摩擦副受到破坏时，被密封的介质在泵内液体高压作用下会逐渐渗透摩擦端面，并顺着静环内壁流出泵体，此时泄漏检测孔就会收集这些泄漏的介质在与之相连的泄漏检测压力表中显示泄漏压力，供值班人员观察是否泄漏超高。4.弹性元件。为了使动环紧贴在静环上，必须有弹性元件对动环施加轴向推力，本机械密封的弹性元件采用几个小直径的螺旋弹簧。为了带动动环与弹簧支座一起绕轴旋转，弹簧支座上还设有3个防转销，互为120°。5.密封圈。动环与轴向滑移面之间必须有密封圈，压盖与壳体端面之间、静环与压盖之间均需要装设密封圈，由于这些均属于静密封，故采用一般的O形橡胶密封圈或聚四氟乙烯密封圈就可以达到满意的密封效果。二、关于新型机械密封静环压套及过滤器改良设计构想1.静环固定方式新设计。由于原先机械密封的静环尾部有一个U形槽，用于固定静环，使得静环压套的尺寸受到了限制，因此新型机械密封静环压套的设计必须摒弃固定销钉的方式，而是采用O形环。此O形环可以起到固定静环的作用，也可以起到使静环和外界隔离的作用。在不受外力的作用下，O形环的内径尺寸比静环的外径尺寸要小，新加工的静环压套用于固定O形环的槽的内径尺寸比O形环的外径尺寸要小，安装时需要用力才能把静环压入O形环中，如此设计才能使O形环既能把静环抱紧又能把静环压套撑紧。2.动环固定转换套的设计。新设计的机械密封增加了动环固定转换套及动环夹紧环，之所以如此设计，是因为原机械密封的动环与弹簧支座是靠着3个互为120°的固定销钉连接，在正常输油进口压强0.6~1MPa作用下，极易通过销钉与动环之间缝隙直接作用于动环密封圈，若动环密封圈老化，容易造成泄漏。既是一个泄漏隐患，也是一个不安全因素。因此设计这个动环固定转换套将弹簧支座及摩擦副放在后面，避免输油压力直接作用于动环密封圈，动环夹紧环通过紧固螺钉与动环固定转换套连接，起到夹紧作用。3.插板式过滤器的设计。此过滤器安装位置选择、叶轮出口的主管路以及两旁进入机械密封的分管路，滤网采用插板式安装，为防止滤网腐蚀，材料宜选择铜，利用钻孔机加工，在3mm厚的铜板上钻出2mm直径的通孔，孔间距为2mm，插板顶部密封选择M90的螺纹连接，并在螺纹内部的退刀槽安装尺寸合适的橡胶圈，密封管路中的油品。三、结论根据泵站现有备用机械密封件，利用Proe/EN-GINEER三维实体造型软件对机械密封进行参数化建模，并最后提出新型机械密封静环压套及过滤器的设计构想。1.动环与弹簧支座的连接依靠高14mm、直径4mm的3组互为120°的防转销钉，静环与静环压套的连接依靠固定销钉，静环尾部开槽与销钉配合，起到防止静环随轴旋转的目的。2.静环压套外端设有冷却冲洗管通道，利用输油泵进口介质的压力，通过旋风过滤器将低温、纯净的油品注入密封室并沿着轴向流进泵腔内，混进被输送的介质从泵的出口输出。在冲洗的过程中，整个摩擦副也得到了冷却。3.经过研究机械密封三维模