机械密封失效分析和延长使用寿命的研究

摘要

在现代化工生产中，搪玻璃反应釜作为最基本的化工反应装置，一般使用在较为恶劣的生产工况中，因为多数的化工反应需要高温高压的条件，而且介质多带有强腐蚀性，反应过程中也会产生有毒有害的气体，因此需要安装密封装置，其中机械密封是最常用的精度较高的密封装置。但是由于机械密封在使用过程中除了要接触温度、压力、介质腐蚀及旋转轴摆动等因素外，还承担由于密封过程中的摩擦产生的热量，造成密封件磨损和变形，从而影响密封的效果和使用寿命。对机械密封的故障实效进行研究有助于更好的改进密封的结构，提高生产效率和生产的安全性能，从而延长机械密封的使用寿命。本文主要采用FMEA的方法对机械密封的潜在故障进行分析，在通过采集原始数据分析对FMEA的结果进行验证，得出密封故障的风险顺序数，分析较高故障风险的对密封性能的影响，研究分析故障的原则和方法，在通过分析重点控制环节的改进措施达到延长机械密封使用寿命的目的。
　　1、采用FMEA方法分析机械密封的潜在故障，通过密封故障模式后果的严重度、密封故障原因发生的频度以及现行的控制方法对密封故障的不可探测度，计算得出机械密封潜在故障的风险顺序数，结果显示密封运行过程的温度异常、端面变形大、温度异常造成磨损加剧和端面腐蚀这几项故障模式的风险数值较高。
　　2、通过采集客户使用机械密封的原始数据，结果显示与FMEA分析的潜在故障的风险顺序数基本吻合，通过这些数据的验证进一步明确了机械密封的重要控制和改进环节。
　　3、研究高风险故障对密封性能的影响。温度异常加剧密封端面间液膜的摩擦热，影响密封端面轴向和径向的温度梯度。密封面发生变形对泄漏量和膜压有较大影响，同时加剧密封面的磨损，影响平衡比。
　　4、机械密封的失效故障分析，主要的故障种类有:化学损坏、热损坏和机械损坏，可以从故障部位、摩擦副材料以及其他的失效部位进行分析，根据不同的失效原因制定相应的改进措施。
　　5、根据FMEA分析的风险顺序结果以及通过采集的原始数据的分析验证，研究控制密封端面的温升及密封面变形的措施，同时规范密封使用前的工艺检查和安装的技术要求，最终目的是有效地延长机械密封的使用寿命。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景、目的和研究意义

1．2 机械密封的工作原理和结构组成

1．3 机械密封失效的研究进展

1．3．1 机械密封的作用机理

1．3．2 机械密封主要失效故障

1．3．3 机械密封的温度问题

1．3．4 机械密封的变形问题

1．4 机械密封失效分析方法的研究进展

1．5 本论文的工作

第二章 机械密封潜在故障分析

2．1 FMEA分析方法简介

2．2 FMEA的实施步骤

2．2．1 机械密封潜在故障的确定

2．2．2 严重度(S)

2．2．3 频度(O)

2．2．4 不可探测度(D)

2．2．5 计算风险顺序数RPN

2．3 FMEA分析结果

第三章 原始数据的采集和分析

3．1 数据采集的可靠性

3．2 数据的采集方式

3．3 数据采集的具体情况

3．3．1 客户的机械密封使用情况

3．3．2 机械密封的使用介质和工况

3．3．3 原始数据的采集程序

3．3．4 原始数据的汇总分析

第四章 温度和变形对机械密封性能的影响

4．1 密封的热源

4．2 密封端面的温升

4．2．1 端面间液膜的摩擦热

4．2．2 轴向温度梯度的影响

4．2．3 径向温度梯度的影响

4．3 变形对密封性能的影响

4．3．1 密封面的变形模式

4．3．2 密封面变形的影响

第五章 机械密封失效故障分析

5．1 机械密封失效的外部特征

5．2 机械密封故障的种类和性质

5．2．1 化学损坏—腐蚀

5．2．2 热损坏—过热

5．2．3 机械损坏—磨损

5．3 故障分析的原则和方法

5．3．1 从故障部位进行分析

5．3．2 从摩擦副材料进行分析

5．3．3 从其他失效部位进行分析

第六章 延长机械密封的使用寿命

6．1 保证密封性能的检查

6．1．1 密封系统的检查

6．1．2 密封的工艺性检查

6．2 密封系统的安装

6．2．1 密封安装前的有关要求

6．2．2 单端面(212型)机械密封的安装

6．3 环境温度的控制

6．4 控制温度的方法

6．4．1 冲洗

6．4．2 急冷

6．4．3 冷却

6．4．4 温度控制的注意事项

6．5 防止密封件变形的措施

6．6 阻止密封泄漏的主要途径

6．7 改进措施效果验证

第七章 总结和展望

7．1 总结

7．1 展望

参考文献

致谢

作者及导师简介