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釜用机械密封失效分析与监控系统研究

发布时间:2017-03-31 11:04

  本文关键词:釜用机械密封失效分析与监控系统研究,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:搅拌釜是石油化工、化纤、制药等工业生产中的核心设备之一,轴封是影响搅拌釜性能的关键因素。目前,绝大多数搅拌釜的轴封采用机械密封结构,但在用的釜用机械密封经常过早发生失效,达不到预期的寿命,严重影响企业生产。传统的釜用机械密封装置监控系统十分落后,无法实时监测机械密封的运行状态并在密封失效早期作出预警,最终导致密封彻底失效。因此,本文展开釜用机械密封失效分析和监控系统相关的研究,以期提高釜用机械密封运行的可靠性。以釜用机械密封过量泄漏为顶事件建立了釜用机械密封失效故障树,得到了较为全面的釜用机械密封失效路径和基本原因。通过故障树分析得到:密封端面泄漏对造成釜用机械密封过量泄漏的影响最大;在可能引起釜用机械密封失效的原因中,设计类和使用类因素占较大的比重,制造和安装类因素占较小的比重;其中,阻封方式选择或操作不当是当前釜用机械密封应用存在的一个普遍问题。提出了釜用机械密封失效基本原因对应的一般性对策。利用ANSYS和MATLAB软件建立了考虑密封端面实际变形的影响的接触式机械密封端面泄漏率流固耦合数值计算模型,研究了密封端面泄漏率的主要影响因素对端面泄漏率的影响规律。密封端面泄漏率随密封介质压力、密封端面压差、密封端面表面粗糙度的增大而增大,随弹簧比压的增大而减小,且密封端面压差、密封端面表面粗糙度对端面泄漏率的影响比较显著。分析了恒压型和恒压差型阻封方式下釜用机械密封运行过程中密封端面两侧的承压特点,并采用ANSYS软件计算了密封端面的应力分布,进而计算密封端面运行过程中的最大pcV值。以稳定磨损后密封端面在运行过程中的最大pcV值为指标判断端面磨损状态的好坏,恒压型阻封方式下釜用机械密封端面的接触磨损状态要好于恒压差型阻封方式。提出了釜用机械密封阻封方式的操作建议,即如果工艺允许,应先稳定密封工作压力再运行釜用机械密封。研发了基于泄漏灵敏管的釜用机械密封泄漏率监测系统,分析了液位变送器测量精度、灵敏管规格和计算液位时间间隔对泄漏率计算误差的影响,给出泄漏灵敏管规格和液位计算时间间隔的选择方法。以LAB VIEW软件为开发平台设计了监控系统的泄漏率监测与报警程序和补液罐阻封液自动补液程序。搭建了基于泄漏灵敏管的釜用机械密封泄漏率监测与报警试验台,对监控系统进行性能测试,验证了设计程序的正确性。本文研究的内容对于指导釜用机械密封的设计、制造和使用维护,完善釜用机械密封失效机理的理论研究,进而提高釜用机械密封运行的可靠性具有重要的科研和工程实际意义。
【关键词】:釜用机械密封 故障树 端面泄漏 端面磨损 泄漏率监控
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH136;TP277
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-17
  • 第一章 绪论17-23
  • 1.1 课题来源、研究目的及意义17
  • 1.1.1 课题来源17
  • 1.1.2 研究目的及意义17
  • 1.2 课题相关领域研究现状17-21
  • 1.2.1 釜用机械密封失效分析研究现状17-20
  • 1.2.2 釜用机械密封监控系统研究现状20-21
  • 1.3 课题主要研究内容21-23
  • 第二章 基于故障树的釜用机械密封失效分析23-39
  • 2.1 釜用机械密封失效故障树的建立23-31
  • 2.1.1 釜用机械密封及辅助装置的基本结构23-26
  • 2.1.2 釜用机械密封的失效模式26
  • 2.1.3 顶事件的选择26-27
  • 2.1.4 釜用机械密封失效故障树27-31
  • 2.2 釜用机械密封失效的FTA定性分析31-34
  • 2.2.1 釜用机械密封过量泄漏的最小割集32
  • 2.2.2 辅助密封泄漏的最小割集32
  • 2.2.3 密封端面泄漏的最小割集32-33
  • 2.2.4 密封环渗漏的最小割集33-34
  • 2.3 釜用机械密封失效的综合分析与对策34-38
  • 2.3.1 设计类基本原因分析与对策36-37
  • 2.3.2 制造类基本原因分析与对策37
  • 2.3.3 安装类基本原因分析与对策37
  • 2.3.4 使用类基本原因分析与对策37-38
  • 2.4 本章小结38-39
  • 第三章 釜用机械密封端面泄漏率数值计算和影响因素分析39-61
  • 3.1 接触式机械密封端面泄漏率数值计算模型39-41
  • 3.1.1 考虑粗糙度影响的密封端面润滑模型39-40
  • 3.1.2 密封端面间隙计算模型40-41
  • 3.1.3 密封端面泄漏率计算模型41
  • 3.2 接触式机械密封端面泄漏率数值计算程序41
  • 3.3 釜用机械密封端面泄漏率计算实例及结果验证41-52
  • 3.3.1 密封端面泄漏率计算42-51
  • 3.3.2 计算结果试验验证51-52
  • 3.4 密封端面泄漏率影响因素分析52-60
  • 3.4.1 密封介质压力对端面泄漏率的影响53-54
  • 3.4.2 密封端面压差对端面泄漏率的影响54-56
  • 3.4.3 密封端面综合表面粗糙度对端面泄漏率的影响56-58
  • 3.4.4 弹簧比压对端面泄漏率的影响58-60
  • 3.5 本章小结60-61
  • 第四章 恒压和恒压差阻封方式下釜用机械密封端面磨损分析61-77
  • 4.1 恒压型阻封方式下釜用机械密封端面磨损分析61-68
  • 4.1.1 密封端面两侧的承压特点61-62
  • 4.1.2 介质端机械密封端面的受力分析62-66
  • 4.1.3 大气端机械密封端面的受力分析66-67
  • 4.1.4 恒压型阻封方式下密封端面受力对端面磨损的影响67-68
  • 4.2 恒压差型阻封方式下釜用机械密封端面磨损分析68-75
  • 4.2.1 密封端面两侧的承压特点68-69
  • 4.2.2 介质端机械密封端面的受力分析69-72
  • 4.2.3 大气端机械密封端面的受力分析72-74
  • 4.2.4 恒压差型阻封方式下密封端面受力对端面磨损的影响74-75
  • 4.3 两种阻封方式下密封端面接触磨损状态对比与操作改进75-76
  • 4.4 本章小结76-77
  • 第五章 基于泄漏灵敏管的釜用机械密封泄漏率监控系统研发77-93
  • 5.1 监控系统总体方案77-84
  • 5.1.1 监控系统组成77-79
  • 5.1.2 监控系统工作原理79-83
  • 5.1.3 数据采集处理系统的基本框架83-84
  • 5.2 监控系统LABVIEW程序设计84-87
  • 5.2.1 釜用机械密封泄漏率监测与报警程序84-86
  • 5.2.2 补液罐自动补液程序86-87
  • 5.3 监控系统性能测试87-92
  • 5.3.1 性能测试试验台88-89
  • 5.3.2 性能测试方案步骤89
  • 5.3.3 测试结果及讨论89-92
  • 5.4 本章小结92-93
  • 第六章 总结和展望93-95
  • 6.1 全文总结93-94
  • 6.2 研究展望94-95
  • 参考文献95-99
  • 致谢99-101
  • 研究成果及发表的学术论文101-103
  • 作者及导师简介103-104
  • 附件104-105

【参考文献】

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本文编号:279512

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