用电木制造机械密封部件可行性研究

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中图分类号：TH 136；TQ 050.3 文献标志码：B doi：10.3969/j.issn.1000-7466.2013.03.024Possibility Research to Use Bakelite of Engineering Plastic toManufacture M echanical SealsDAI W ei(Sunrise Petrifaction Equipment Co.Ltd.，Dandong 1 1 8009，China)Abstract：Engineering plastic is one kind of common metalloid materia1.Engineering plastic is aplastic which better on strength，heat-resisted，hardness and anti-aging to be used for industrycomponents or shells.Japan names it as a high performance plastic which can be used for struc-ture and components.It can resist 100 。C temperature and mainly used for industry.As the per-formance improving of plastic，the application is going widely.The possibility of using bakelite ofengineering plastic to produce mechanical seals is discussed。

Key words：mechanical seal；bakelite；corrosion；possibility；research在化工用机泵 中，机械密封是密封流体的部件 ，因其泄漏造成的故障占机泵全部故障的比例很高。

据 2010年中石化炼油事业部统计，在 1 077次故障中，有 960次是由于机械密封故障引起的，约占全部故障的90 。为此更换机械密封近 1 200套，耗资600多万元 。

泵所输送 的流体种类繁多，有普通介质 (水、油)、易燃易爆介质 (液化气 、轻烃类)、有毒介质(苯类)及腐蚀性介质(如各种酸、碱等)。随着我国石化工业的发展，炼油厂及石化厂所用机泵的种类和数量越来越多，输送的介质种类千变万化，介质如果泄漏到大气中，会发生事故，并对环境造成不同程度的影响。

同传统的填料密封相 比，机械密封在运行过程中对泵的工况要求更为严格，介质温度、压力的波动会对机械密封造成不利影响。另外，安装精度和本身的选材也会影响机械密封的寿命。正常使用时机械密封具有寿命长、泄漏量低 的特点 ，能阻止易燃 、易爆 、有毒、有害的介质泄漏到大气中，避免发生事故、污染环境 ，符合石化行业无 泄漏管理的要求，因此，机械密封的使用越来越广泛。为了保证机械密封的使用寿命，各制造商普遍采用价格不等、耐腐蚀性好 的 不 锈 钢 及 合 金 ，如 2Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Nn2Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2Ti(316L)、收稿日期：2012-12-18作者简介：戴 伟(1968-)，男(回族)，辽宁凤城人，工程师，学士，长期从事机械密封的设计研发工作。

石 油 化 工 设 备 2013年 第 42卷哈氏合金、Ti合金、蒙乃尔合金等制造机械密封，加上端面材料及辅助密封圈的费用，-套机械密封的价格从数千元到上万元不等，频繁更换机械密封会极大增加机泵的维修成本。

笔者研究的是将工程塑料 中的电木引入机械密封制造领域，利用改性 电木 的各种特性密封不 同的化工介质，来代替以前制造机械密封所使用的不锈钢及合金，在不改变密封性能的前提下有效降低机械密封的制造成本 。

l 电木性能电木的化学名称为酚醛塑料，是第-个投入工业生产的塑料品种 ，属于复合材料 中的-种 。酚醛塑料原料来源丰富、合成工艺简单、价格便宜、产品性能优良，是目前世界上产量最大的热固性塑料，被广泛应用在电器产品的制造当中。日本将其定义为可以作为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在 100。C以上，主要运用在工业上。

电木具有机械强度较高、绝缘性 良好 、耐热且耐腐蚀的特点，如果在配料中加入石棉、云母和玻璃纤维等材料，可 以进-步提高它的耐酸性 、耐碱性 、耐磨性和硬度，可用作化工设备的材料，并且可用于制造机器零件 。

用电木制造机械密封部件，需要满足强度和耐腐蚀性两方面的要求，因此，选择 PF2 A5品级电木。PF2 A5电木与其他材料性价对比见表 1l1]。

表 1 PF2 A5电木与 其他材料性价 对比由表 1可以看出，电木的力学性能虽然不如钢，但其耐腐蚀性好，价格与不锈钢似乎相差不大，但其密度仅为不锈钢的 1/6～1/4，与不锈钢相 比价格便宜很多 。

2 设计实例设计的某机械密封结构见图 1。该机械密封所处工况为 ，介质为质量分数 30 的含颗粒盐酸 ，温度 5O℃，入 口压力 0.1 MPa。

硬对硬的SiC端面既耐腐蚀，又对颗粒不敏感，可防止对端面的磨损 ]。采用单弹簧及弹簧外置式设计，使弹簧不与介质接触，可以减少磨损、避免腐蚀与堵塞口]。故可采用较低等级的材料制造，即使端面微漏，由于簧丝较粗且抗腐蚀，机械密封也不易早期失效。另外，浮装式结构可有效防止端面变形，并能及时补偿泵轴的振动，避免端面打开〖虑到该泵工况会随时调整，因此采用平衡型机械密封，载荷系数 K-0.75，弹簧比压 0.2 MPac ，辅助密封圈采用耐腐蚀性好的硅橡胶 ]。

该机械密封原来所用的金属材质是 316L，每套机械密封的成本超过 3 000元。现将轴套、压盖、推环用电木制造，电木对各种浓度的盐酸具有 良好的耐腐蚀性4]，成本对比见表 2。

图 1 机械密封结构示 图表 2 机械密封部件成本对 比 元从表 2可以看出，轴套、压盖、推环用 316L材料制造所需的成本合计为 1 575元，用电木制造的成本是 248元，电木制造成本仅为 316L制造成本的 1/6，成本降低可观。

但由于电木的力学强度低，因此需要进行受力分析。-般塑料的弯曲强度高于拉伸强度，剪切强度最低，压缩强度最高。机械密封轴套上加工有键第 3期 戴 伟 ：用 电木制造机械密封部件可行性研究槽 ，该部位在泵轴旋转时承受剪切力 ，是受力最薄弱部位 ，需按 以下公式进行强度校核：rMAx≤K/(SA)式中，r 为构 件所承受 的最大应 力，K 为剪切强度，MPa；S为材料 的安全系数，A 为材料的衰减 系数 。

取 K-15.4 MPa[ 、S-2、A-1.5[ 计算得出r -3.1 MPa，该数值是轴套键槽处所能承受的最大应力。

根据扭矩作用下 的切应力计算公式计算轴套键槽处实际所承受的应力l]：r实际-Mt/W (1)其中 W -0.2D 1-(d/D) ]式中，M 为扭矩 ，N·rn；w 为抗扭截面系数；D为轴套外径，d为轴套内径，mm。

该泵 的 电 机 功率 P- 15 kW，转 速 -1 500 r/min，机械密封轴套外径 D-100 mm，轴套内径 d-60 mm，则 Mt-9 550P/n-95.5 N ·In，W -0.000 174 1～ M 、W 代人式(1)得 r实际-0.55 MPar ，满足强度要求。改造后的此套机械密封已平稳运转近 1 a，效果 良好 。

3 结语用电木及其它工程塑料作为制造机械密封的材料还属于探索阶段，它只能取代机械密封的部分金属零件，且只能用在强腐蚀介质且压力不高的诚。

随着工程塑料性能的提高，它会越来越多地应用在机械密封制造领域，取代昂贵的金属材料，从而降低机械密封的制造成本 。