第一篇：各類電池的電極反應(yīng)、優(yōu)缺點(diǎn)、自放電、解決方法及密封措施

1、化學(xué)電源的分類（1）按工作性質(zhì)分: 1.原電池，又稱一次電池:例如:Zn一MnO2，Zn一HgO，Zn一AgO，鋰電池等。2.蓄電池，又稱二次電池:例如:Pb一PbO2，Cd—NiOOH等。3.貯備電池，又稱激活式電池:Mg—ClAg，Zn—AgO。4.燃料電池，又稱連續(xù)電池:H2-O2燃料電池。（2）按電解質(zhì)的性質(zhì)分: 1.電解質(zhì)為堿性水溶液一堿性電池(例:Cd—NiOOH)2.電解質(zhì)為中性水溶液一中性電池(例:Zn一MnO2)3.電解質(zhì)為酸性水溶液一酸性電池(例:鉛酸電池)4.電解質(zhì)為有機(jī)電解質(zhì)溶液一有機(jī)電解質(zhì)電池(例:鋰離子電池)5.電解質(zhì)為固體電解質(zhì)一固體電解質(zhì)電池(例:鋰碘電池)（3）按正負(fù)極活性物質(zhì)的材料分: Zn一MnO2系列電池、Zn一AgO系列電池、Cd—NiOOH電池、鉛酸電池、氫鎳電池、鋰離子電池、海水電池、溴一鋅蓄電池等等。（4）活性物質(zhì)的保存方式分: 1.活性物質(zhì)保存在電極上:通常的一次、二次電池。2.活性物質(zhì)從外邊連續(xù)供給電極:燃料電池。

2、電池自放電

（1）發(fā)生自放電的原因: 從熱力學(xué)上看，產(chǎn)生自放電的根本原因是由于電極活性物質(zhì)在電解液中不穩(wěn)定引起的。因大多數(shù)的負(fù)極活性物質(zhì)是活潑的金屬，它在水溶液中的還原電位比氧負(fù)極要負(fù)，因而會(huì)形成金屬的自溶解和氫析出的共扼反應(yīng)，使負(fù)極活性物質(zhì)不斷被消耗。正極活性物質(zhì)同樣也會(huì)與電解液或電極中的雜質(zhì)發(fā)生作用被還原而產(chǎn)生自放電。

其他原因:1.正負(fù)極之間的微短路或正極活性物質(zhì)溶解轉(zhuǎn)移到負(fù)極上必須采用良好的隔膜來解決。2.電池密封不嚴(yán)，進(jìn)入水分、空氣等物質(zhì)造成自放電。（2）克服自放電的方法:采用高純的原材料、在負(fù)極材料中加入氫過電位高的金屬(Hg，Cd，Pb)、在電極或溶液中加入緩蝕劑來抑制氫的析出。鋅—二氧化錳電池

一、鋅負(fù)極的自放電: 鋅電極產(chǎn)生自放電的原因：

1.氫離子的陰極還原所引起的鋅的自放電（主因）2.氧的陰極還原所引起的鋅電極的自放電3.電解液中的雜質(zhì)所引起的鋅電極的自放電 影響鋅電極自放電的因素

1.鋅的純度及表面均勻性的影響。2.溶液pH 值的影響。3.電液中NH4Cl、ZnCl2濃度的影響。4.溫度的影響。

二、降低鋅負(fù)極自放電的措施：

1.加添加劑，在金屬鋅中加入添加劑、在電解液中加入緩蝕劑。2.保證原材料的質(zhì)量達(dá)到要求。3.對(duì)電解液進(jìn)行凈化。4.貯存電池的溫度低于25℃。5.電池要嚴(yán)格密均。

Cd/Ni00H電池

因?yàn)樨?fù)極鎘在電解液中的平衡電極電勢比氫的正，不易構(gòu)成自發(fā)腐蝕電池，而且氫在鎘上的析出過電位很大，所以鎘鎳電池自放電小。氫鎳電池

一、影響鎳氫電池自放電的因素:(1)成分自分解(構(gòu)成正極的氫氧化鎳的熱、動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性),正極成分分解產(chǎn)生的氧可能到達(dá)負(fù)極,造成正負(fù)極活性物質(zhì)的損失,相應(yīng)的容量也會(huì)降低。(2)儲(chǔ)氫合金負(fù)極上產(chǎn)生的氫到達(dá)正極,與正極反應(yīng)造成活性物質(zhì)損失,相應(yīng)的容量降低。(3)由于正極上雜質(zhì)氮化物的存在,引起亞硝酸鹽和氨之間的氧化還原穿梭反應(yīng)的進(jìn)行,使得正極退化,容量降低。(4)負(fù)極表面由于氧化造成的負(fù)極退化,從而負(fù)極容量損失(5)鎳氫電池內(nèi)壓的形成和電解液泄漏。

二、降低氫鎳電池自放電的措施：

1、改變電極組分和合金成分的作用;

2、采用正極添加材料，添加Co、Mn類化合物等。

3、對(duì)隔膜進(jìn)行改性，使用具有OH-交換功能的聚合物薄膜改善電池的自放電和循環(huán)壽命性能。

4、存放環(huán)境應(yīng)干凈整潔,以防灰塵中含有導(dǎo)體物質(zhì)而使電自放電加快。

5、電池應(yīng)帶電儲(chǔ)存，其儲(chǔ)存溫度以20±5℃為宜。鉛酸蓄電池的自放電

一、負(fù)極產(chǎn)生的自放電

由于負(fù)極活性物質(zhì)鉛為活潑的金屬粉末電極，在硫酸溶液中，電極電位比氫負(fù)，可以發(fā)生置換氫氣的反應(yīng)。影響鉛自溶速度有以下幾方面：（1）鉛自溶速度隨硫酸濃度及電解液溫度的增加而增長。（2）負(fù)極表面雜質(zhì)的影響，負(fù)極表面有各種金屬雜質(zhì)存在，當(dāng)雜質(zhì)的氫超電勢值低時(shí)，就能與負(fù)極活性物質(zhì)形成腐蝕微電池，從而加速了鉛的自溶速度。例如銻、鐵、銀等金屬存在時(shí)。（3）正極PbO2反應(yīng)析出的氧氣很容易在負(fù)極被還原吸收，從而促使負(fù)極鉛自溶。（4）隔板、電解液中含有的金屬雜質(zhì)與負(fù)極活性物質(zhì)產(chǎn)生的微電池促使負(fù)極鉛自溶。

二、正極產(chǎn)生的自放電

（1）正極板柵中金屬銻、金屬鉛及金屬銀等的氧化。（2）極板孔隙深處和極板外表面硫酸濃度之差所產(chǎn)生的濃差電池引起自放電，這種自放電隨著充電后的擱置時(shí)間而逐漸減小。3）負(fù)極產(chǎn)生氫氣的影響4）隔板電解液中雜質(zhì)影響，若在隔板或電解液中存在易被氧化的雜質(zhì)，會(huì)引起正極活性物質(zhì)的還原而產(chǎn)生自放電。（5）正極活性物質(zhì)中鐵離子的影響。鋰離子電池自放電

自放電的原因： 1.造成可逆容量損失的原因：可逆容量損失的原因是發(fā)生了可逆放電反應(yīng)，原理跟電池正常放電反應(yīng)一致。不同點(diǎn)是正常放電電子路徑為外電路、反應(yīng)速度很快；自放電的電子路徑是電解液、反應(yīng)速度很慢。

2.造成不可逆容量損失的原因：A:正極與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)（相對(duì)主要發(fā)生于錳酸鋰、鎳酸鋰這兩種易發(fā)生結(jié)構(gòu)缺陷的材料）。B:負(fù)極材料與電解液發(fā)生的不可逆反應(yīng)（化成時(shí)形成的SEI膜就是為了保護(hù)負(fù)極不受電解液的腐蝕。）C:電解液自身所帶雜質(zhì)引起的不可逆反應(yīng)，消耗了電解液中的鋰離子，進(jìn)而損失了電池容量。D:制成時(shí)雜質(zhì)造成的微短路所引起的不可逆反應(yīng)。空氣中的粉塵或者制成時(shí)極片、隔膜沾上的金屬粉末都會(huì)造成內(nèi)部微短路。

如何實(shí)現(xiàn)電池的密封？

實(shí)現(xiàn)電池密封必須解決三個(gè)問題:

1、負(fù)極在電解液中穩(wěn)定，不會(huì)自動(dòng)溶解而析出氫氣;負(fù)極物質(zhì)過量，使正極在充電完全而產(chǎn)生氧氣時(shí)，負(fù)極上仍有未充電的活性物質(zhì)存在，保證負(fù)極上不會(huì)由于過充電而析生氫氣；正極上產(chǎn)生的氧氣易于在負(fù)極上還原即負(fù)極活性物質(zhì)可以吸收正極上生成的氧氣。

2、有一定的氣室，便于氧氣遷移。

3、采用合適的隔膜，便于氧氣通過，促進(jìn)氧氣快速向負(fù)極擴(kuò)散。Cd/Ni00H電池的密封措施：

1、負(fù)極的容量大于正極容量，當(dāng)正極發(fā)生過充電時(shí)，負(fù)極上還有過量的Cd(OH)2仍可進(jìn)行還原，因而不會(huì)發(fā)生析氫過程。而正極充電和過充時(shí)產(chǎn)生的O2可以與負(fù)極還原成的Cd發(fā)生反應(yīng)而消除，構(gòu)成鎘氧循環(huán)。

2、控制電解液用量。

3、采用多孔薄型鎳電極和福電極，極間距減小，有利于氧氣向負(fù)極擴(kuò)散以及氧氣的吸收。

4、采用微孔隔膜。5.在氧化鎳電極中加入反極物質(zhì)Cd(OH)2。一旦電池過放電時(shí)，正極中的Cd(OH)2(反極物質(zhì))可進(jìn)行陰極還原，因此防止了正極上析氫。若負(fù)極也過放產(chǎn)生氧氣則又可被正極中反極物質(zhì)生成的鎘所吸收，構(gòu)成鎘氧循環(huán)。

6、使用密封安全閥

7、正確使用和維護(hù)電池，嚴(yán)格控制電池的充放電制度和對(duì)工作溫度的控制。

鉛酸蓄電池密封措施：

鉛酸蓄電池采用負(fù)極活性物質(zhì)過量設(shè)計(jì)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，使負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達(dá)不到析氫過電位，所以負(fù)極不會(huì)由于充電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護(hù)。氧循環(huán)如下： 正極：PbSO4+H2O——PbO2+O2-----擴(kuò)散 負(fù)極:

PbSO4----------Pb

O2

H2O---------H2SO4+PbO 負(fù)極起著雙重作用，即在充電末期或過充電時(shí)，一方面極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的O2反應(yīng)而被氧化成PbO，另一方面是極板中的硫酸鉛又要 接受外電路傳輸來的電子進(jìn)行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。金屬氫化物鎳電池密封措施：

電池設(shè)計(jì)和鎘鎳電池基本相同，負(fù)極容量比正極容量大，過充電時(shí)，正極產(chǎn)生的氧氣在貯氫合金負(fù)極上還原，過放電時(shí)，在鎳電極析出的氫氣則可被氫化物電極吸收，電池可實(shí)現(xiàn)密封設(shè)計(jì)。

過充電時(shí)：正極：4OH------2H2O+O2+4e氧循環(huán) 負(fù)極：2H2O+O2+4e-----4OH-過放電時(shí)：正極：2H2O+2e----2OH-+H2氫循環(huán) 負(fù)極：2OH-+H2----2H2O+2e

如何提高活性物質(zhì)的利用率？

影響活性物質(zhì)的利用率主要有以下幾點(diǎn)：⑴活性物質(zhì)的活性，活性大小與其晶型結(jié)構(gòu)、制造方法、含雜多少以及表面的狀態(tài)有密切的關(guān)系，活性高的其利用率也高。有時(shí)活性物質(zhì)吸附一些有害雜質(zhì)也會(huì)使活性降低，造成電池容量下降。⑵電極和電池的結(jié)構(gòu)，電極的結(jié)構(gòu)包括電極的成型方法、極片的孔徑、孔率、厚度，極片的真實(shí)表面積的大小等。在活性物質(zhì)相同的條件下，極片越薄，其活性物質(zhì)的利用率越高；電極的孔徑大一些孔率高一些，有利于電解液的擴(kuò)散，但是孔徑過大、孔率過高，電子導(dǎo)電的電阻增大，因此孔徑和孔率要適當(dāng)，利用率才會(huì)較高；極片的真實(shí)表面積越大，活性物質(zhì)的利用率也越高。⑶電解液的數(shù)量、濃度和純度。電解液的濃度要保證其有較高的導(dǎo)電率；電解液的純度越高，活性物質(zhì)的利用率也越高。另外，影響活性物質(zhì)利用率的外在因素則是放電制度，I放越大，利用率越??；T放越高，利用率越大；V終越高，利用率越小。

電極反應(yīng)

堿性鋅—二氧化錳電池

正極：2MnO2+2H2O+2e-----2MnOOH+2OH-負(fù)極：Zn+2OH--2e----Zn(OH)2==ZnO+H2O 總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O---2MnOOH+Zn(OH)2 鉛酸蓄電池

正極：PbO2+3H++HSO4-+2e----PbSO4+2H2O 負(fù)極：Pb---Pb2++2e Pb2++HSO4-----PbSO4+H+ 總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4-----2PbSO4+2H2O Cd/Ni00H電池

負(fù)極：Cd+2OH-----Cd(OH)2+2e

正極：2NiOOH+2H2O+2e----2Ni(OH)2+2OH-

總反應(yīng)：Cd+2NiOOH+2H2O----2Ni(OH)2+Cd(OH)2 高壓鎳氫電池

負(fù)極：1/2H2+OH------H2O+e

正極：NiOOH+H2O+e----Ni(OH)2+OH-總反應(yīng)：NiOOH+1/2H2-----Ni(OH)2 低壓鎳氫電池（金屬氫化物鎳電池）負(fù)極：MH+OH------M+H2O+e

正極：NiOOH+H2O+e------Ni(OH)2+OH-總反應(yīng)：NiOOH+MH-----Ni(OH)2+M 鋅---氧化銀電池

Zn+2AgO+H2O-----Zn(OH)2+Ag2O Zn+Ag2O+H2O----Zn(OH)2+2Ag 鋰離子電池

正極：LiCoO2----Li1-xCoO2+xLi++xe 負(fù)極：6C+xLi++xe-----LixC6

總反應(yīng)：6C+LiCoO2-----LixC6+Li1-xCoO 堿性鋅錳電池特點(diǎn) 1.放電性能好:容量高，可大電流連放，放電曲線平穩(wěn)。2.低溫性能好:可以在-40℃的溫度下工作。性能：

1、堿錳電池的開路電壓約為1.55v，工作電壓約為1.25v。

2、電池內(nèi)阻小，在快速放電時(shí)能提供足夠的容量，而且在低溫(一20℃)下，其放電容量相當(dāng)于干電池室溫下的數(shù)量。

3、放電曲線相當(dāng)平坦，放電到終止電壓(0.9v)時(shí)，放電量明顯高于其他鋅錳電池。鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):1.原料易得，價(jià)格相對(duì)低廉;2.高倍率放電性能良好;3.溫度性能良好，可在-40~+60℃的環(huán)境下工作4.適合于浮充電使用，使用壽命長，無記憶效應(yīng);5.廢舊電池容易回收，有利于保護(hù)環(huán)境。缺點(diǎn):1.比能量低，一般為30一40Wh/kg;2.使用壽命不及Cd/Ni電池3制造過程容易污染環(huán)境，必須配備三廢處理設(shè)備。Cd/Ni00H電池的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):使用壽命長，蓄電池自放電小，使用溫度范圍廣，耐過充過放，放電電壓平穩(wěn)，機(jī)械性能好。缺點(diǎn):活性物質(zhì)利用率低，成本較高，負(fù)極鎘有毒，電池長期淺充放循環(huán)時(shí)有記憶效應(yīng)。高壓氫鎳電池

優(yōu)點(diǎn):較高的比能量，循環(huán)壽命長，耐過充、過放，能力強(qiáng)，以及可.以通過氫壓來指示電池荷電狀態(tài)。

缺點(diǎn):成本高，密封難，自放電大，安全性低.低壓氫鎳電池(金屬氫化物鎳電池)

1、耐過充過放能力強(qiáng)

2、容量和比能量提高1.5一2倍;電池壽命相當(dāng).3、自放電較大，環(huán)境污染小，無記憶效應(yīng)。鋅一氧化銀電池

優(yōu)點(diǎn):(1具有很高的比能量(2)很高的放電速率(3)平穩(wěn)的放電電壓(4)較小的自放電速率.缺點(diǎn):(1)成本很高(2)壽命較短(3)高低溫性能較差 鋰電池

優(yōu)點(diǎn):①比能量高，放電電壓高(3.0v}②工作電壓平穩(wěn)③使用溫度范圍寬(-40℃一+50℃)④體積小、重量輕⑤濕儲(chǔ)存壽命長⑥資源豐富，性價(jià)比高

缺點(diǎn):①安全性·某些鋰非水溶液電池，如Li/SO2等電池，在重負(fù)荷放電，特別是當(dāng)外部短路時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。②成本高。鋰電池在制作過程中要避免與水接觸。所用有機(jī)溶劑和無機(jī)鹽均需徹底除去水份，這就提高了成本，另外，有些正極活性物質(zhì)的成本也較高。③比功率低。有些鋰電池(如有機(jī)電解液的鋰電池)由于有機(jī)電解液的比電導(dǎo)較小，放電電流密度提不高，故其比功率較低。鋰離子電池

優(yōu)點(diǎn)：

1、工作電壓高。通常單體鋰離子電池的電壓為3.6V，為鎘鎳和鎳氫電池的3倍。

2、體積小、重量輕、比能量高。利于便攜式電子設(shè)備小型輕量化。

3、安全快速充電。采用1C充電速率，可在2h內(nèi)充足電，且安全性能大大提高。

4、壽命長。

5、工作溫度范圍寬?？稍?20℃~60℃之間工作，高溫放電性能優(yōu)于其它各類電池。此外，鋰離子電池還具有自放電小、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn):

1、內(nèi)電阻高。電解液為有機(jī)溶液，其電導(dǎo)率比鎘鎳、鎳氫電池電解液小得多，內(nèi)電阻約大10倍。

2、工作電壓變化較大。

3、放電速率較大時(shí)，容量下降較大。

第二篇：離心泵填料密封失效原因及改進(jìn)措施

離心泵填料密封失效原因及改進(jìn)措施

[摘 要]近幾年來機(jī)械產(chǎn)業(yè)在不斷發(fā)展，為我國的經(jīng)濟(jì)增長作出了巨大的貢獻(xiàn)。在機(jī)械產(chǎn)業(yè)中有一種常見的設(shè)備名為離心泵。因其在油道運(yùn)輸?shù)倪^程中起著非常重要的作用，一旦出現(xiàn)填料密封失效將會(huì)造成嚴(yán)重的影響。為此，本文就離心泵填料密封的問題分析其失效原因并提出改進(jìn)措施。

[關(guān)鍵詞] 離心泵 填料密封 失效原因 改進(jìn)措施

中圖分類號(hào)：TH311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：TH 文章編號(hào)：1009―914X（2013）25―0388―01

離心泵具有耐久、密封的特點(diǎn)，因其性能優(yōu)異在機(jī)械工業(yè)中頗受重視。離心泵的填料密封失效這一問題其實(shí)是很常見的，企業(yè)只需深入了解離心泵的工作原理，分析清楚失效原因，就能運(yùn)用針對(duì)性的措施進(jìn)行改進(jìn)。

一、離心泵的填料密封結(jié)構(gòu)

在輸油時(shí)阻隔油料從泵殼和泵軸之間泄漏出來是離心泵的主要作用，其軸封一般在旋轉(zhuǎn)的泵軸與泵體之間進(jìn)行密封。為了阻止泵體里有外部氣體進(jìn)入，軸封通常都是采用接觸式密封。接觸式密封有多種類型，大致分為端面式密封和填料式密封，其中填料密封是本文重點(diǎn)講解的對(duì)象。為了保證離心泵能安全運(yùn)作，根據(jù)不同環(huán)境填料密封分為了三個(gè)種類：膨脹石墨填料密封，碗式填料密封和軟填料密封。填料式密封的工作原理就是在殼體與軸之間充當(dāng)密封材料，因其具有一定的彈性能使填料在受到軸向力壓緊后能貼在軸的表面上，所以就能有效阻止油料外泄，使密封空間與外界隔絕。下面針對(duì)不同種類的填料密封進(jìn)行結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)分析。

（一）膨脹石墨填料密封

由于其消耗功率比一般填料密封低，所以能適用于密封壓力不大于3.5MPa，工作溫度為380攝氏度的環(huán)境下。油泵膨脹石墨填料與其他填料密封種類相比較要好得多，其耐熱性、耐磨性、密封性、柔軟性、彈性都很優(yōu)秀，是不錯(cuò)的密封材料。

（二）碗式填料密封

碗式填料密封由于結(jié)構(gòu)能簡單制作，成本底下，且密封性不會(huì)太差，是一種比軟填料密封好的密封材料。對(duì)泵軸的磨損小，能適用于旋轉(zhuǎn)密封壓強(qiáng)為5MPa，線速度不大于為3米每秒的場合。

（三）軟填料密封

一般用于普通油料的或油料溫度不高于250攝氏度的油泵密封。因密封軟填料材質(zhì)上與其他類型有所不同，密封腔內(nèi)的油壓不能大于3.5MPa，導(dǎo)致其消耗功率比其他材質(zhì)的要大。且因其密封結(jié)構(gòu)過于簡單，緊力不足，線速度只能達(dá)到每秒20米的狀態(tài)，所以靠近壓蓋處的填料會(huì)因?yàn)槟p過快而失去作用。相對(duì)于面端式密封的基本結(jié)構(gòu)，填料式密封中一般由螺母、封油環(huán)、長扣雙頭螺栓、填料壓蓋和填料套構(gòu)成。為了使填料密封的油料滲漏量控制在每秒六滴的范圍之內(nèi)，在填料式密封正常工作中，可以通過壓緊填料的方式，減少泵軸處泄漏液體。需要注意在壓緊填料的過程中不能用力過大，否則會(huì)造成軸和填料之間磨擦過多導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱，降低泵的工作效率。就現(xiàn)階段而言，填料密封還存在著一些缺點(diǎn)，如使用時(shí)間不能太長，日常維護(hù)頻繁，密封效果還有待提高。

二、填料密封失效原因

（一）油封結(jié)構(gòu)不合理

離心泵的填料密封結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上就存在先天性的缺陷和隱患，主要是因?yàn)樵谟捅玫妮S向密封期間存在不合理性。首先泵的高壓地方是油封最基本工作介質(zhì)，其他地方滲入填料函的油壓比它還要低，由于圈數(shù)少，只有5-7圈的填料相隔著，所以填料函上邊的油封孔和填料壓蓋的距離比較近，導(dǎo)致容易引發(fā)高壓密封油外泄。其次在補(bǔ)充添加填料在添加補(bǔ)充期間很容易會(huì)出現(xiàn)將油封環(huán)壓入填料函內(nèi)部的情況。此時(shí)密封的油無法擴(kuò)散，導(dǎo)致油封孔外側(cè)的填料壓力上升，密封難度加大，油封環(huán)與泵蓋上的油封孔錯(cuò)位，最終失去密封作用。同時(shí)，填料環(huán)安裝在填料函的中央，填料環(huán)上的孔應(yīng)與沖洗油孔相吻合，這就增大了更換填料的難度和工作量。

（二）側(cè)向壓力分布不均勻

填料的耗損過快，密封性能下降是側(cè)向壓力分布不均勻所造成的后果。在工作人員對(duì)填料壓蓋施加壓力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)反方向的彎曲、不規(guī)則扭轉(zhuǎn)、斷口等現(xiàn)象。這是因?yàn)樵谳S套和密封填料之間的側(cè)向壓力和密封間隙內(nèi)的壓力是會(huì)沿軸向分布的，這樣很容易造成密封失敗，使被密封的油料壓力大于側(cè)向壓力。當(dāng)出現(xiàn)這種情況的時(shí)候，如果填料再接近填料壓蓋，就會(huì)導(dǎo)致里面的軸套與填料之間阻力升高，產(chǎn)生出大量的熱氣，使填料硬度增強(qiáng)并開始變得脆弱起來，失去了原有的彈性，最終填料的磨損大大提升，泵軸機(jī)械性能下降。再這樣繼續(xù)下去，填料的密封效果將會(huì)越來越差，填料壓蓋的壓力被再次加大，導(dǎo)致壓蓋處的工作狀況惡化，如此循環(huán)下去，使得密封完全喪失其應(yīng)有的穩(wěn)定性。

（三）填料壓蓋壓力失衡

填料函的中間一般有填料環(huán)，其中大概有五至十根的盤根。在一般使用過程中，由于沒有壓力顯示扳手的輔助，通過人工控制螺旋的松緊程度是很難控制壓力的。且人的力度難以掌握，在用力過大的情況下將會(huì)導(dǎo)致密封填料破損，使填料的側(cè)向壓力沿軸的分布不均勻，穩(wěn)定性與可靠性大大下降。而用力過少卻會(huì)造成密封度不足，導(dǎo)致油料泄露。在這種情況下可以先通過擰緊壓蓋兩側(cè)的螺栓產(chǎn)生預(yù)導(dǎo)壓力來壓實(shí)填料。

（四）密封的適應(yīng)性差

泵軸主要受變應(yīng)力的影響，過于巨大的變應(yīng)力會(huì)對(duì)其造成損壞。嚴(yán)格來講，普通填料不能有徑向偏心量較大的旋轉(zhuǎn)軸，由于存在著外界因素的影響，在不利條件的干擾下會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的偏心量超過一定的數(shù)值，這將會(huì)使軸套與填料之間產(chǎn)生間隙，大大增加泄漏的幾率。因此為了安全起見，必須將徑向偏心量規(guī)定在小于0.05毫米的范圍內(nèi)。

三、加強(qiáng)填料密封的措施

（一）減輕腐蝕引起的密封失效

在平時(shí)的離心泵定期保養(yǎng)工作中應(yīng)做好檢查，替換超過保養(yǎng)期限的密封件，對(duì)其他需要保養(yǎng)的零件進(jìn)行清洗，涂上高純度耐腐蝕的透平油能更有效地減輕腐蝕引起的密封失效。

（二）消除泵抽空和汽蝕

一方面，因?yàn)檩斔徒橘|(zhì)的溫度有一個(gè)規(guī)定范圍，工作人員必須對(duì)其進(jìn)行控制，使溫度保持在80攝氏度以下。其中還必須確保相連旁接介質(zhì)罐體的液位要一直處于正常狀態(tài)，不能高過安全標(biāo)準(zhǔn)?？刂坪秒x心泵進(jìn)口的壓力，盡量確保壓力保持在0.2-0.4MPa之間；另一方面，為確保工作環(huán)境處于一個(gè)安全的狀態(tài)，必須增加工作人數(shù)，加強(qiáng)員工的工作細(xì)心度。員工要認(rèn)真學(xué)習(xí)好工作崗位的相關(guān)技能，在培訓(xùn)課程中要求員工把離心泵的操作規(guī)程牢記于心。最后還需要各單位做好溝通，在清管器到站之前將輸管線清關(guān)期間與調(diào)度室的關(guān)系協(xié)調(diào)好，提前停止泵的運(yùn)行。這樣就能有效防止在離心泵開啟之前出現(xiàn)入口閥沒有開啟，泵體沒有放空和盤泵的狀況出現(xiàn)。只要使填料密封在摩擦期間有潤滑介質(zhì)就能有效防止低級(jí)錯(cuò)誤的發(fā)生。

（三）選擇合適的材質(zhì)消除摩擦 為了增強(qiáng)填料密封的壽命，采用的零件必須要耐磨耐腐蝕、摩擦系數(shù)小、端面比壓小。耐磨性的材料可以使用碳化硅、氮化硅陶、堆焊硬質(zhì)合金這類型的材質(zhì)。改進(jìn)零件的材質(zhì)，可以更有效地提升工作壽命，降低磨耗。其中為了提高通過選材的改進(jìn)，更有效地降低磨損，可以選擇高速鋼—碳化硅這種常見材料，因其擁有密封效率高的特性，對(duì)填料密封有著不錯(cuò)的效果。

（四）對(duì)密封圈的更換

由于填料密封過量工作，會(huì)造成密封圈的密封效果失去作用的情況出現(xiàn)。這時(shí)候一定要快速對(duì)密封圈進(jìn)行更換，特別是在泵的二保規(guī)定期限到達(dá)以后，對(duì)密封圈的檢查和替換更加頻繁，為了防止密封圈的失效所帶來的影響，使用有質(zhì)量保證的密封圈也是必要手段。

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第三篇：多級(jí)離心泵機(jī)械密封失效分析及改進(jìn)措施

多級(jí)離心泵機(jī)械密封失效分析及改進(jìn)措施

一、前言

某泵廠生產(chǎn)的多級(jí)泵系列原軸封都是采用填料密封，現(xiàn)針對(duì)用戶需求將軸封改造為機(jī)械密封形式，收到了令人滿意的效果；但也暴露出一些存在的問題，最為突出的是油田輸油用多級(jí)離心泵。油田使用的多級(jí)輸油泵系臥式單吸多級(jí)分段式離心泵，泵定子主要由吸入段、吐出段、中段、導(dǎo)葉、尾蓋及軸承體等零部件組成；泵轉(zhuǎn)子主要由裝在軸上的數(shù)個(gè)葉輪、平衡盤平衡機(jī)構(gòu)等組成，支承轉(zhuǎn)子的軸承是兩只單列圓柱滾子軸承。

泵軸封的傳統(tǒng)形式是采用軟填料密封；現(xiàn)軸封改進(jìn)后采用MC1型的橡膠波紋管式機(jī)械密封（結(jié)構(gòu)如圖1）

MC1型為內(nèi)裝式、單端面、大彈簧和非平衡型波紋管式機(jī)械密封；動(dòng)、靜環(huán)均采用（YG6）硬質(zhì)合金、輔助密封橡膠均采用氟橡膠，結(jié)構(gòu)件均采用不銹鋼材料；該型機(jī)械密封具有多種功能：如推動(dòng)動(dòng)環(huán)，既是次級(jí)密封件又作為動(dòng)環(huán)的驅(qū)動(dòng)件，完全消除了補(bǔ)償帶來的泄漏缺陷；動(dòng)環(huán)通過*環(huán)和彈簧傳動(dòng)，不用黏結(jié)。但橡膠波紋管不能承受扭應(yīng)力。

二、存在的問題

該系列多級(jí)泵軸封改進(jìn)設(shè)計(jì)成機(jī)械密封后，短時(shí)間內(nèi)效果還是比較不錯(cuò)的；但隨著時(shí)間的推移，機(jī)械密封陸續(xù)暴露出問題，即壽命很短，有的連續(xù)工作僅1個(gè)多月就出現(xiàn)泄漏，平均壽命僅有3-4個(gè)月；沒有達(dá)到正常的設(shè)計(jì)壽命（8000-10000h）。

對(duì)泄漏的泵機(jī)械密封解體檢查，均發(fā)現(xiàn)橡膠波紋管和靜環(huán)橡膠*墊遭到嚴(yán)重的破壞，主要表現(xiàn)為橡膠溶漲、撕裂、扭斷及“啃咬現(xiàn)象”，彈簧扭撓等；造成動(dòng)環(huán)偏斜、壓死及卡澀，致使動(dòng)環(huán)軸向自由補(bǔ)償功能喪失，導(dǎo)致傳動(dòng)形式失效。

在頻繁更換機(jī)械密封的同時(shí)，給泵軸、軸承等主要零部件帶來了不同程度的損害，致使泵整機(jī)壽命降低。

三、問題分析

造成橡膠波紋管及*形橡膠墊溶漲、撕裂、扭斷及“啃咬現(xiàn)象”，彈簧扭撓等問題的主要原因是由于多級(jí)泵轉(zhuǎn)子為達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡軸向力而不斷調(diào)整平衡盤位置（起動(dòng)、調(diào)整工況時(shí)尤為突出），從而使彈簧產(chǎn)生過度壓合，彈簧傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩太大，即動(dòng)、靜環(huán)摩擦面之間的摩擦耗功太大，產(chǎn)生的摩擦熱使密封腔處溫度過高，加速了介質(zhì)對(duì)橡膠件的化學(xué)腐蝕和老化；同時(shí)傳動(dòng)件（彈簧）不足以克服這種較大的轉(zhuǎn)矩和摩擦力，以及泵起、停時(shí)的沖擊，造成橡膠件、彈簧、軸套相互磨損；周而復(fù)始，最終導(dǎo)致密封失效。因此，多級(jí)泵軸向竄動(dòng)是影響機(jī)械密封壽命的重要因數(shù)之一。

四、改進(jìn)措施

（1）改進(jìn)多級(jí)泵軸向力平衡的裝置采用特殊的平衡盤和平衡鼓聯(lián)合結(jié)構(gòu)（如圖2），這種結(jié)構(gòu)可以減小平衡盤徑向尺寸，不易產(chǎn)生磨損。

（2）改進(jìn)泵轉(zhuǎn)子部件的支承軸承由原兩端各一短圓柱滾子軸承改為吸入段處軸承不變，后段（吐出段）改為雙列角接觸球軸承，承受殘余的軸向力和起、停泵的沖擊。

改進(jìn)后的軸承配置如圖3所示。

（3）平衡盤軸向最佳間隙由于軸承配置的改變消除了泵轉(zhuǎn)子的軸向竄動(dòng)，因此平衡盤的位置也就相對(duì)固定了，即平衡盤的軸向間隙為定值，而軸向間隙的合理與否是影響平衡裝置平衡功能的重要因數(shù)之一，是改進(jìn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵所在；通過動(dòng)態(tài)分析平衡盤變化過程，即：軸向力增大!平衡盤左移、軸向間隙減小!平衡力增大!軸向力與平衡力平衡。軸向力減小!平衡盤右移、軸向間隙增大!平衡力減小!軸向力與平衡力平衡。由此可見平衡盤裝置平衡軸向力過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，是通過軸向間隙的變化改變平衡力來適應(yīng)軸向力的變化的。要減小轉(zhuǎn)子的軸向位移，就要使平衡力單位值變化時(shí)，軸向間隙的變化量最小。設(shè)為最小軸向間隙）時(shí)，值為最大，此時(shí)平衡力變化單位值時(shí)，軸向間隙的變化量為最小。該平衡盤軸向最佳間隙的設(shè)計(jì)理論，使水泵的軸向力變化時(shí)，轉(zhuǎn)子軸向位移最小，并用以確定平衡盤所處的最佳位置；既保證平衡裝置有最佳的平衡軸向力的效果，又保證雙列角接觸球軸承承受較小的殘余軸向力；從而提高了水泵工作的可靠性和使用壽命。

（4）由于支承轉(zhuǎn)子的（吸入端）短圓柱滾子軸承沒有改變其受力狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)中主要針對(duì)雙列角接觸球軸承額定壽命進(jìn)行校核，一般泵用軸承額定壽命。軸承潤滑脂用鋰基潤滑脂。

第四篇：半剛性材料優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)措施

淺議半剛性路面的優(yōu)缺點(diǎn)

道橋1201班 U201215553 唐建一

摘 要

半剛性基層具有承載能力強(qiáng)，耐久性好，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在排水能力差，容易使路面產(chǎn)生剝落，松散，坑槽，泛油，車轍等病害。

概述

半剛性基層是用水泥,石灰等無機(jī)結(jié)合料處治的土或碎礫石及含有水硬性結(jié)合料的工業(yè)廢渣修筑的基層,在前期具有柔性路面的力學(xué)性質(zhì),后期的強(qiáng)度和剛度均有較大幅度的增長,但是最終的強(qiáng)度和剛度仍遠(yuǎn)小于水泥混凝,由于這種材料的剛性處于柔件路面與剛性路面之間,因此把這種基層和鋪筑在它上面的瀝青面層統(tǒng)稱為半剛性路面，這種基層稱為半剛性基層.半剛性基層類型

半剛性基層按材料可劃分為三種類型即水泥穩(wěn)定類基層,石灰穩(wěn)定類基層及綜合穩(wěn)定類基層

水泥穩(wěn)定類基層

水泥穩(wěn)定類基層主要指在粉碎的土中加入一定數(shù)量的水泥和水并按照一定的施工工藝施工形成的具有一定抗壓強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)層

石灰穩(wěn)定類基層

石灰穩(wěn)定類基層主要指在粉碎的土中加入一定數(shù)量的石灰和水并按照一定的施工工藝施工形成的具有一定抗壓強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)層

綜合穩(wěn)定類基層

綜合穩(wěn)定類基層主要指采用水泥石灰工業(yè)廢渣等無機(jī)結(jié)合料中的兩種或更多種結(jié)合料與土,水按照一定比例規(guī)范施工并具有一定抗壓強(qiáng)度的結(jié)構(gòu) 半剛性基層路面的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)

(1)具有較高的強(qiáng)度和承載能力,后期強(qiáng)度高且具有隨齡期不斷增長的特性

(2)剛度大, 半剛性基層抗壓回彈模量值可高達(dá)1800MPa致使瀝青面層彎拉應(yīng)力相應(yīng)減小,從而提高瀝青面層抵抗行車疲勞破壞的能力.(3)穩(wěn)定性好, 半剛性基層材料具有較高的水穩(wěn)性和冰凍穩(wěn)定性,因此在水以及多次凍融下不影響半剛性材料基層的承載能力.缺點(diǎn)

近年來,隨著我國高等級(jí)公路的迅猛發(fā)展,半剛性基層的強(qiáng)度剛度愈來愈大,但路面損壞的速度也愈來愈快,其主要表現(xiàn)如下：

抗縮裂性能差

半剛性基層是以水泥,石灰,粉煤灰等為結(jié)合料將松散砂石膠結(jié)為整體,鋪筑而成的基層,雖然板體性強(qiáng),具有很高的承載能力,但其性脆,抗縮裂性能差

排水性能差

在半剛性基層材料中,膠結(jié)材料通常都是細(xì)粉狀的,碾壓成型后具有很好的整體性, 其內(nèi)部非常致密, 無法形成嵌擠型結(jié)構(gòu),因此,基本上不透水或滲水性很差, 當(dāng)外界環(huán)境水通過各種途徑進(jìn)入路面并達(dá)到基層后,水不能從半剛性基層中迅速排走,而只能沿著瀝青層和基層的界面擴(kuò)散積聚, 這種界面水分的存在不僅改變了,界面連續(xù)的邊界條件,使路面的受力狀態(tài)極為不利,而且水對(duì)半剛性基層的長期浸泡,會(huì)很快破壞半剛性基層的整體結(jié)構(gòu),使基層底

基層及路基的穩(wěn)定性也隨之惡化,在干濕交替水分凍融循環(huán)及重復(fù)荷載的作用下,半剛性基層材料的強(qiáng)度模量和整體承載能力將會(huì)顯著下降.自愈能力差

半剛性材料是一種脆硬性的材料,特別是在重載交通條件下,半剛性路面對(duì)重軸載的作用非常敏感, 若將重載車換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載車,對(duì)于柔性基層通常是按 4次方換算, 而對(duì)半剛性基層則是 8-12次方的關(guān)系,軸載愈重,對(duì)半剛性基層的危害也愈大,而且一旦破壞后,其自身沒有愈合能力,也無法通過瀝青表面維修得到補(bǔ)救,只能挖掉重新修建,因此,路面的維修養(yǎng)護(hù)成本很大.改進(jìn)措施

（1）力學(xué)分析表明,為使路面結(jié)構(gòu)具有良好的力學(xué)性能,合理的半剛性材料厚度顯得尤為重要。在半剛性基層上方鋪筑瀝青碎石層或級(jí)配碎石層可很大程度上改善路面的力學(xué)性能,考慮施工厚度要求,半剛性底基層厚度為ZOCm較為適宜。重載敏感性分析表明,瀝一青穩(wěn)定碎石基層瀝青路面的重載適應(yīng)性較強(qiáng),適合于現(xiàn)階段我國高等級(jí)公路上重載較多的情況。

（2）由于裂縫的存在,原有結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能發(fā)生改變,并且導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層內(nèi)的應(yīng)力重新分布。路面開裂且模量未衰減時(shí),為避免進(jìn)一步的破壞,當(dāng)荷載不超過15OKN時(shí),基層厚度宜在3Ocm以上;當(dāng)荷載為150一ZOOKN時(shí),基層厚度宜在35cm以上。路面開裂并導(dǎo)致模量衰減時(shí),即使基層開裂嚴(yán)重,較厚的基層仍可以使路面結(jié)構(gòu)保持良好的承載能力,減小基層裂縫向上反射的可能性。

（3）對(duì)于多雨環(huán)境下的半剛性基層瀝青路面,設(shè)置水泥穩(wěn)定碎石排水基層有利于使瀝青下面層和排水基層成為連續(xù)體系,延緩瀝青路面出現(xiàn)水損壞,延長瀝青路面的使用壽命。

結(jié)束語

半剛性面層材料作為一種新型的復(fù)合材料, 國內(nèi)外對(duì)它的研究應(yīng)用尚處于起步階段,研究成果也相對(duì)較少,但從目前的研究成果可以看出它具有滿足理想半剛性面層技術(shù)要求的可能性 和成為理想半剛性面層的前景,與半剛性基層較為匹配,符合剛性路面柔性化,柔性路面剛性化的發(fā)展趨勢,可以從整體上形成真正意義的半剛性路面,是新型路面結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向, 因此,半剛性面層材料研究工作的開展對(duì)開發(fā)使用性能介于傳統(tǒng)的柔性面層和剛性面層之間的半剛性面層,為最終實(shí)現(xiàn)由半剛性基層與半剛性面層組合成的真正意義上的半剛性路面具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值.參考文獻(xiàn)

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第五篇：超高壓壓縮機(jī)填料密封失效分析及改進(jìn)措施

超高壓壓縮機(jī)填料密封失效分析及改進(jìn)措施

概述：

茂名石化公司化工分部1＃高壓聚乙烯裝置C－4202二次壓縮機(jī)是1＃高壓裝置的核心關(guān)鍵設(shè)備，是由意大利新比隆公司（NUOVO PIGNONE）設(shè)計(jì)制造。機(jī)組型號(hào)：8PK/2，設(shè)計(jì)壓力269Mpa，屬于超高壓壓縮機(jī)。機(jī)組由四個(gè)一段缸和四個(gè)二段缸組成，共八個(gè)氣缸。分兩段壓縮，采用對(duì)置式結(jié)構(gòu)。主要參數(shù)表1：

表1 機(jī)組主要參數(shù)

參數(shù) 設(shè)計(jì)值

介質(zhì) 乙烯 排氣量 kg/n 57659 電機(jī)功率 KW 10200 轉(zhuǎn)速 r/min 214 一段入口溫度 ℃ 40.6 一段出口溫度 ℃ 99 二段入口溫度 ℃ 38.9 二段出口溫度 ℃ 78 一段吸氣壓力 MPa 24.24 一段排氣壓力 MPa 120 二段吸氣壓力 MPa 110 二段排氣壓力 MPa 250 該機(jī)組1996年8月投產(chǎn)，投產(chǎn)初期，二級(jí)氣缸填料盤經(jīng)常出現(xiàn)環(huán)向開裂，導(dǎo)致填料密封失效，后經(jīng)專家系統(tǒng)和全面的分析研究并在實(shí)際中實(shí)踐,填料盤開裂現(xiàn)象得到扼制.但由于填料盤磨損快,密封失效也經(jīng)常發(fā)生,據(jù)統(tǒng)計(jì)2000到2004年因機(jī)組密封失效停車搶修次數(shù)就達(dá)到50次,平均每年達(dá)10次之多,給裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)生產(chǎn)帶來很大的影響。

1機(jī)組氣缸的基本結(jié)構(gòu)和填料密封結(jié)構(gòu)及密封原理

1.1機(jī)組氣缸的基本結(jié)構(gòu)

如圖－1所示(以二段為例)，由氣缸座、氣缸外套、氣缸、填料函、氣缸頭、組合閥、氣閥壓蓋等到組成.填料盤與氣缸，氣缸與吸排氣組合閥之間的密封全

0 部采用金屬與金屬直接接觸密封，其密封面為平面，表面采用特殊研磨處理，確保密封可靠，其壓緊力由六條螺栓經(jīng)液壓拉伸緊固。

圖1 機(jī)組氣缸的基本結(jié)構(gòu)

1.2 密封結(jié)構(gòu)

如圖2所示，從低壓側(cè)到高壓側(cè)中由0－8號(hào)盤共9個(gè)填料盤組成，其中8號(hào)盤內(nèi)裝節(jié)流環(huán)，7號(hào)盤內(nèi)裝導(dǎo)向環(huán)，6號(hào)—1號(hào)盤內(nèi)裝為三瓣直口密封環(huán)和三瓣斜口密封環(huán)。節(jié)流環(huán)、導(dǎo)向環(huán)、三瓣直口密封環(huán)、三瓣斜口密封環(huán)，均為耐熱、耐壓、耐磨的銅合金制成。1—6號(hào)盤中低壓則為三瓣斜口填料環(huán)，高壓側(cè)為三瓣直口填料環(huán)。為使各切口相互錯(cuò)開一定的角度，兩環(huán)之間通過定位銷確定各自的位置。同時(shí)由于填料環(huán)是銅合金與柱塞之間有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，需加注潤滑油進(jìn)行潤滑，所以填料盤開有潤滑油孔,注入潤滑油潤滑。為帶走填料環(huán)和柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦熱，在填料盤的外部還設(shè)置了冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，避免填料環(huán)柱塞的溫度升高。

圖2 密封結(jié)構(gòu) 1.3 密封原理

在每個(gè)密封單元中兩填料環(huán)都是由彈簧提供徑向壓力而對(duì)柱塞表面產(chǎn)生預(yù)緊，填料環(huán)與填料函室間充滿密封氣體，形成第一密封面。在此條件下被密封的氣體因不能通過柱塞與填料環(huán)的間隙，便進(jìn)入填料環(huán)與環(huán)槽即填料函之間的側(cè)隙，并充滿背隙空間。側(cè)隙內(nèi)氣體壓力使填料環(huán)與下一道填料函的密封端面壓緊，形成第二密封面，如圖3所示。同時(shí)背隙中的氣體壓力作用于填料環(huán)的背面，又加強(qiáng)了第一密封面密封效果。第一密封面是填料環(huán)起密封作用的關(guān)鍵。如果第一密封面被破壞，填料環(huán)與柱塞之間出現(xiàn)間隙，氣體就會(huì)直接從間隙處流出，那么環(huán)背壓力就建立不起來，此時(shí)，填料環(huán)雖然仍然與填料函的端面接觸，但此密封面不能起到密封作用。第一密封面是以填料環(huán)的彈性元件提供的彈簧力為基礎(chǔ)建立的，該力與環(huán)背氣體壓力相比很小，后者是幫助前者加強(qiáng)密封的。如果彈簧的緊力消失，那么填料環(huán)與柱塞間就會(huì)出現(xiàn)間隙，氣體可直接從該處短路泄出，環(huán)背壓不能建立，此時(shí)密封失效。

圖3 密封原理

填料環(huán)在理想的工作狀態(tài)下，即第一密封面與第二密封面均密封良好，這時(shí)漏氣的通道就只能是環(huán)的開口間隙處。氣體首先從氣缸流經(jīng)柱塞和填料環(huán)的間隙，通過填料環(huán)側(cè)隙空間，流入填料環(huán)的背隙空間，這時(shí)積聚在整個(gè)空間內(nèi)的氣體將通過各個(gè)開口間隙，沿下一道密封函與柱塞的間隙流出。

由于填料環(huán)存在開口泄漏，以及柱塞和氣缸、密封環(huán)間的間隙，都會(huì)造成泄漏，因此利用一道密封環(huán)阻止泄漏是不可能的。該設(shè)備采用了多道密封單元，組成一個(gè)串聯(lián)節(jié)流系統(tǒng)，使氣體每通過一道密封環(huán)就產(chǎn)生一次節(jié)流，先節(jié)流后膨脹，2 當(dāng)氣體從填料函與柱塞間的間隙進(jìn)入函室過程中，氣體先在窄縫中動(dòng)能增加，壓力減小，在進(jìn)入下級(jí)填料函時(shí)流束截面突然擴(kuò)大后，氣體在腔內(nèi)形成強(qiáng)烈的漩渦，大部分動(dòng)能再轉(zhuǎn)變成熱能，總壓頭下降，泄漏量也隨之減少，在超高壓力的氣體經(jīng)氣體節(jié)流環(huán)減壓后，再經(jīng)5道填料環(huán)密封減壓，最終壓力由250 MPa降到0.5 MPa左右，泄漏量在0-50kg/h之間，從而達(dá)到阻止泄漏的目的。2 密封失效的主要因素

2.1填料盤密封面失效的主要因素

我們知道平面填料的密封有五處：(1)填料盤與填料盤接觸面；(2)填料盤與氣缸的接觸面；(3)主副密封圈的內(nèi)圓面與柱塞的外表面的接觸面 ；(4)主密封圈切口之間的接觸面；(5)副密封圈與主密封圈與填料盤之間的接觸面。從失效密封拆卸發(fā)現(xiàn)，五個(gè)接觸面都有不同程度的損傷。主要是氣缸密封面及填料盤密封面，特別是高壓端的4、5、6號(hào)填料盤，表面出現(xiàn)氣蝕斑點(diǎn)、結(jié)焦，表面顏色發(fā)藍(lán)，有很明顯介質(zhì)沖刷痕跡，甚至有的產(chǎn)生裂紋，碎裂。經(jīng)認(rèn)真分析研究認(rèn)為填料盤氣缸面的損傷主要是疲勞損壞、微動(dòng)磨損和氣體滲透所產(chǎn)生。

1）壓縮機(jī)氣缸、填料盤在柱塞往返工作狀態(tài)下，要承受著高達(dá)250MPa以上的壓力，每完成吸氣和排氣的一個(gè)過程，氣體壓力都將在110MPa－250MPa之間頻繁波動(dòng)，從而使密封面承受一個(gè)非常大的脈動(dòng)壓力。這樣在每個(gè)循環(huán)過程中就使氣缸、填料盤密封面產(chǎn)生非常大的交變壓力作用下；填料盤密封面可能產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，隨著時(shí)間的延長裂紋逐步擴(kuò)展、長大，形成宏觀裂紋，最終貫穿填料盤，造成填料盤開裂，如圖4所示。

圖4 填料盤

2）由于相鄰填料盤之間的密封函壓差大,填料盤密封面工作時(shí)由于應(yīng)力不同而產(chǎn)生滑動(dòng),產(chǎn)生微動(dòng)磨損.如圖－4所示：相鄰二塊填料盤之間由于有填料的節(jié)流,填料盤內(nèi)圈承受的壓力是不同的,特別是在壓力較高的情況下,相鄰二塊填料 3 盤的壓差就變得很大。因此，相鄰二塊填料盤由于內(nèi)壓而產(chǎn)生的變形就相差很大。而壓縮機(jī)工作時(shí)，氣體的壓力是周期性波動(dòng)的，所以填料盤的內(nèi)壓也將產(chǎn)生周期性波動(dòng)，其徑向變形也隨壓力的波動(dòng)而變化。由于相鄰二填料盤在壓縮機(jī)吸氣和排氣時(shí)因內(nèi)壓而產(chǎn)生的變形之差不一樣。所以，二填料盤就會(huì)在接觸面處產(chǎn)生徑向滑動(dòng)，從而引起微動(dòng)磨損。

由于以上氣缸、填料盤密封面脈動(dòng)引起的交變應(yīng)力作用及填料盤之間壓差大產(chǎn)生的徑向滑移產(chǎn)生的微動(dòng)而引起的磨損，而使氣缸、填料盤密封面產(chǎn)生疲勞。加上填料盤密封室是氣體聚集的地方，氣體隨著密封面磨損的微小間隙滲透進(jìn)去，并發(fā)展到一定的程度，氣體就貫穿整個(gè)密封面，導(dǎo)致填料盤的密封失效。2.2填料密封環(huán)損壞失效

經(jīng)過對(duì)填料環(huán)的拆檢，發(fā)現(xiàn)有的填料函結(jié)滿一層厚硬的低聚物及焦垢，填料環(huán)磨損嚴(yán)重，有的產(chǎn)生疲勞裂紋、碎裂、結(jié)焦，干磨的現(xiàn)象，如圖5所示, 經(jīng)分析是缺少潤滑油，潤滑效果不好和填料環(huán)的應(yīng)力腐蝕及低聚物的積聚引起，導(dǎo)致料環(huán)的磨損。

圖5 斷裂的填料環(huán)

1）潤滑油的影響。從填料密封和潤滑原理分析，由注油器向填料函輸送的高粘度內(nèi)部潤滑油，在正常操作時(shí)填料函內(nèi)各元件和柱塞形成的間隙空間充滿油，在柱塞和填料表面形成油膜，同時(shí)還應(yīng)很好地附在滑動(dòng)表面并且有較高的粘度，以便于維護(hù)兩填料函密封面獨(dú)立的油膜。所以油量要充足，以保證各元件能形成油膜。經(jīng)細(xì)致檢查發(fā)現(xiàn)有的兩個(gè)填料盤間注入油孔有錯(cuò)位現(xiàn)象，如圖6所示。

圖6 兩個(gè)填料盤間注入油孔有錯(cuò)位現(xiàn)象

2）填料腐蝕問題。對(duì)失效的填料環(huán)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，填料環(huán)表面有大小不一的淺沆，越接近內(nèi)徑越明顯，還帶有細(xì)小的裂紋，有明顯的應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕現(xiàn)象，在高溫下的腐蝕現(xiàn)象更嚴(yán)重。經(jīng)分析這種現(xiàn)象為脫錫腐蝕，腐蝕產(chǎn)生黑色的沉積體積聚在填料環(huán)上，表面形成許許多多的凹坑處產(chǎn)生集中應(yīng)力。在壓縮壓力的作用下，造成填料環(huán)由于強(qiáng)度不足而發(fā)生斷裂。

3）低聚物的影響。填料函內(nèi)積聚大量低聚物。在停車過程中若壓力下降快，造成填料函中的高壓乙烯急劇泄漏而發(fā)生節(jié)流膨脹。在填料函中產(chǎn)生制冷效果，冷凍后的低聚物非常堅(jiān)硬。積聚在填料函中的低聚物占據(jù)填料函間隙空間，使填料函內(nèi)部潤滑油顯著減少，潤滑效果下降。低聚物還堵塞填料環(huán)與密封函的氣體通道，使氣體只能從柱塞表面高速?zèng)_過，將柱塞表面的油帶走，形不成所需的油膜，加速了密封組件的磨損。3 預(yù)防及改進(jìn)措施

1）檢修時(shí)對(duì)填料盤進(jìn)行著色探傷或磁粉探傷等方法對(duì)密封面進(jìn)行定期檢查，發(fā)現(xiàn)疲勞破壞或裂痕時(shí)應(yīng)及時(shí)修復(fù)；

2）在密封面進(jìn)行研磨修復(fù)時(shí)，要保證密封面的表面尺寸和形狀精度，要求平面度誤差不大于0.001mm，平行度誤差不大于0.02mm，安裝時(shí)密封面與柱塞軸線相互垂直；

3）選擇滿足技術(shù)要求的潤滑油，將原來礦物油更改為具有粘—溫特性好、無毒、乙烯熔解度小、粘壓性良好的聚乙二醇合成潤滑油；

4）保證內(nèi)部潤滑油所需的流量。檢修時(shí)對(duì)注油孔錯(cuò)位現(xiàn)象，采取在兩填料盤注油孔接合處倒角處理，如圖7所示； 5）檢修過程嚴(yán)格控制相關(guān)間隙尺寸，保證裝配精度，填料修復(fù)時(shí)要消除棱角，保證過渡圓滑；

6）在工藝生產(chǎn)過程中，要求上游過濾器、高壓分離器應(yīng)控制在合適的操作溫度。增加排低聚物的頻次，減少低聚物積聚；

7）確保操作平穩(wěn)，防止壓縮機(jī)的壓力突然升高而造成對(duì)壓縮機(jī)填料密封的破壞。

8）在檢修填料密封時(shí)，一定要認(rèn)真檢查油封。同時(shí)也要檢修中心組合閥和出入口閥，以免出入口閥的泄漏而造成機(jī)組不必要的停機(jī)。

圖7 改造后的注油孔 檢修時(shí)的注意事項(xiàng)

1）認(rèn)真按照檢修規(guī)程進(jìn)行操作，拆卸及組裝填料密封和中心閥時(shí)，做到文明施工，一定要用專用工具進(jìn)行施工；

2）對(duì)拆御下來的柱塞一定要注意保護(hù)。因?yàn)橐欢沃潜砻娓布犹蓟u，二段柱塞全部是碳化鎢制作而成，對(duì)酸性腐蝕特別敏感。所以在各種情況下手都不能直接接觸柱塞的表面。拆下來后應(yīng)包裹好放在專用木盒里；

3）注意檢修質(zhì)量，各間隙一定要符合需求。對(duì)各密封面的平面度、平行度、垂直度、粗糙度達(dá)不到要求時(shí)，絕不能回裝，表面不應(yīng)有缺陷；

4）注意清潔，保證各密封面的干凈。氣缸填料盤安裝時(shí)表面一定要用酒精清擦拭干凈，再用壓縮風(fēng)吹干才能組裝；

5）認(rèn)真檢查各油路的暢通，注油孔不得堵塞、有雜物。填料盤及氣缸要確保對(duì)正、不能錯(cuò)位，0#盤必須入銷定位；

6）注意檢查各0型圈，在許可的情況下盡量每次更換；0型密封圈回裝要 抹上凡士林潤滑，防止切邊；

7）液壓緊固螺母時(shí)要分二次進(jìn)行，第一次打壓在要求壓力的四分之一左右，第二次打壓至要求的壓力，確保緊固螺栓緊力符合要求。5 結(jié)論

通過對(duì)C－4202超高壓壓縮機(jī)的填料盤磨損及影響填料密封使用壽命短的問題，進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，提出了解決對(duì)策，采取了一系列措施進(jìn)行改進(jìn)，收到了很好的效果，大大降低了填料盤和填料密封磨損頻率。填料盤開裂現(xiàn)象近三年來沒有再發(fā)生，使用周期已明顯延長?，F(xiàn)在二段缸一般都能使用一年多，有的已達(dá)到二年多時(shí)間。一段缸使用時(shí)間更長。下面是10年以來維修次數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖。

參考文獻(xiàn)

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