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往复式活塞压缩机高压段填料密封的改进策略往复式活塞压缩机是一种广泛应用于各种工业领域的压缩设备，其高压段填料密封对于其工作效率和稳定性至关重要。
在传统的往复式活塞压缩机中，填料密封的问题一直是制约其性能的关键因素之一。
针对这一问题，许多厂家和研究机构都在积极探索改进策略，以提升往复式活塞压缩机的高压段填料密封性能。
本文将就往复式活塞压缩机高压段填料密封的改进策略进行探讨和总结。
一、往复式活塞压缩机高压段填料密封的常见问题目前往复式活塞压缩机高压段填料密封存在着以下几个常见问题：1. 密封材料选型难题：目前常用的填料密封材料如PTEE、碳化硅、碳化钛等，虽然具有一定的耐高温、耐腐蚀等性能，但在实际工作中往往存在耐磨性差、易老化等问题，难以满足往复式活塞压缩机高压段的长期稳定运行需求。
2. 密封效果不佳：传统的填料密封结构容易受到工作环境的影响，温度、压力等参数变化都会对密封效果造成一定影响，难以保持稳定的密封性能。
3. 维护成本高：传统往复式活塞压缩机高压段填料密封需要定期更换、维护，维护成本较高。
二、往复式活塞压缩机高压段填料密封的改进策略针对往复式活塞压缩机高压段填料密封存在的问题，可以采取以下几种改进策略：1. 密封材料改进：通过研发新型、耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能更为优越的填料密封材料，以提升密封材料的耐用性和稳定性。
可以尝试采用氧化锆、氮化硼等新型陶瓷材料，或者采用高强度、高韧性的新型聚合物材料，以提升填料密封的使用寿命和性能稳定性。
2. 密封结构改进：设计更为合理、紧密的填料密封结构，采用双端密封、多级密封等方式，以减少填料泄漏，提升密封效果。
在设计上应注意尽量减少填料与活塞摩擦，提高密封结构的工作寿命。
3. 智能化控制技术改进：引入智能化控制技术，通过监测密封温度、压力等参数，实时调节密封结构工作状态，以实现自适应控制，提升密封效果和稳定性。
4. 材料测试及仿真优化：通过材料测试和仿真优化手段，对填料密封材料进行材料性能测试和结构优化设计，以保证填料密封在高压工况下的稳定性和耐用性。
高压油泵的优化设计及其在柴油机中的应用随着现代工业化的发展，交通运输业的快速发展使得柴油机的应用越来越广泛。
柴油机作为一种高效、耐用的动力装置，已经成为多种车辆和机械装置常用的动力来源。
而高压油泵则是柴油机中最核心的一个零件，它的工作性能是否良好直接影响引擎的运转状态和性能输出。
因此，如何优化高压油泵的设计和制造，成为了柴油机领域中的重要问题。
一、高压油泵的工作原理高压油泵是柴油机中最核心最重要的零件之一，也是柴油机工作的关键部件。
在柴油机的工作中，高压油泵负责将柴油从低压油路中抽出，将其压缩成高压柴油，然后喷射到汽缸中，点燃从而推动汽缸运动。
其原理与普通泵相似，都是通过泵体内的柱塞和隔板实现油水升降，并将抽入的液体送出。
高压油泵的设计和工作涉及各种物理学和机械学的知识，包括油路、柱塞、气阀、压缩比、喷油、高压泵头等。
理解这些关键知识可以帮助我们更好的理解高压油泵的工作原理，并较好地进行其实用的优化工作。
二、高压油泵的优化设计高压油泵的设计需要考虑多个方面的因素，这些因素包括油泵的流量计算、柱塞的材料和制造工艺、减震设计、管壁设计等。
这些因素是相互关联的，涉及多个学科领域。
现在我们分别对这些设计因素进行探讨：1.油泵的流量计算油泵的流量计算是高压油泵设计的重要部分。
压力、温度和油路布局是流量计算的关键因素。
油泵应能提供足够的润滑油量和喷油量，以确保高速重载运行的柴油机能够正常工作。
因此，在进行油泵流量计算时，需要考虑柴油机的输出功率、管道直径和油路的布局等因素。
2.柱塞的材料和制造工艺柱塞是高压油泵的核心部件之一。
柱塞的材料和制造工艺对其耐用性和性能有着至关重要的影响。
目前，常用柱塞材料有可锻铁、合金钢、无铅铜等。
设计时需要根据具体情况选用合适的柱塞材料，并采用先进的制造工艺，以确保柱塞能够承受高压、耐磨且寿命长。
3.减震设计柴油机工作时产生的震动会对高压油泵造成影响，因此需要进行减震设计，防止震动对高压油泵造成损害。
科技专论高压往复式柱塞泵泵头密封的改进【摘 要】通过试验研究,液压往复柱塞泵密封的结构设计,柱塞泵的油、水泄漏方式以及泵结构设计上不太合理而造成油水分离不良, 从而影响泵的润滑效果。
针对存在的问题, 提出了改进柱塞泵泵头设计,分析了柱塞在往复运动中的压力分布、泄漏量的变化规律以及密封元件的变形对密封性能的影响。
为配合密封的改进研究，对泵头的结构进行改进。
从设计原理看泄漏的压力水经过泵头头一道密封处开一个排液孔，从而达到油和液体的分隔开来，而在泵头处又设置了一道密封。
这样从头道密封泄漏的液体在设有排液口处在没有压力情况下，无法通过第三道密封装置，从而完全彻底的油和液体的彼此分离开来，即使泄漏的液体也不会影响到主轴泵体主轴箱中，其主部零件润滑得到充分的保证和保护。
理论计算与实验结果基本上是一致的,使泄漏的油水均流向机外,可以从根本上解决油水分离问题,使其密封性能和耐磨特性的改善和提高, 确保泵正常工作。
【关键词】柱塞泵;往复密封;密封的改进随着我国社会的不断进步发展，现在油田以进入高含水质期，二次采油技术得到了广泛应用，特别是在弱碱三元复合使用的柱塞泵出现，泵腐蚀结垢现象严重和检泵周期短现象，严重影响油田原油产量，增加采油成本也在一定程度上影响了弱碱三元复合驱油技术的推广，新研发的新型四柱塞泵往复式注液泵恰恰解决了一直困扰油田发展配套驱油田技术的难题。
高压往复式柱塞泵是国家科技部针对油田第三次开采注入驱油专门立项研发的专利产品。
由于该产品设计结构和传动方式与传统柱塞泵相比为升级换代产品，不仅有显著的节能效果，而且占地面积少、噪音低、震动小，泵效高的优点。
研发立式往复式四柱塞注液泵的成功，不仅适用于油田，海洋钻井平台注水注液，也适合于电厂，化工等领域的工业用泵，工程高压液压泵，及民宅高层增压泵等用途，应用领域非常广泛，泵的具体特点为占地面积小，噪音低，泵的校率高，使用寿命长等优点与传统柱塞泵相比具有的区别和特点为1）密封采用航天技术材料，具有记忆性，自润滑，自修复的功能2）采用特殊工程塑料，使该泵具有耐腐蚀，耐磨损3）泵的传统部分采用全滚动技术具有噪音低,振动小、运动阻力小4）采用军工模块的装配方式维修方便简单。
高压油田注水泵分析研究与优化设计摘要：注水是油田增产普遍采用的措施之一。
高压注水泵作为注水工程主要设备，在作业过程中所处工况较其它常见机械设备更恶劣，文章通过对东河油田注水泵进行结构分析，提出优化设计，为油田解决类似问题提供一些值得借鉴的经验。
关键词：往复泵；注水泵；振动剧烈；优化设计油田注水是保持油层压力、降低原油递减率的主要措施，注水泵机组是油田注水的关键设备。
动一联承担着动河1油区和压哈1油区的污水处理和回注任务，水处理能力3 000 m3/d，目前现有柱塞式注水泵10台（具体参数见表1）。
近年来，由于一直不能在额定排量和压力条件下正常平稳运行，使得注水系统压力达不到原设计条件，造成部分井口因为压力不足出现欠注问题，影响注水生产，同时，泵体的老化和磨损的加剧，泵的可靠性和性能也呈下降趋势，其维护成本及工作量也在逐年增加。
动一联高压注水泵使用过程中的问题表现有性能参数达不到额定值、易损件寿命低、振动剧烈、辅助配件刺漏及开裂。
1 高压注水泵问题原因分析1.1 注水泵性能参数达不到额定值动一联注水系统主力注水泵TD-8060设计出口压力40 MPa，流量38.75 m3/h，目前实际运行出口压力30 MPa，实际流量30 m3/h，由于不能在额定排量和压力条件下正常平稳运行，导致注水井欠注明显，同时注水泵填料泄漏量大，流量波动大且小于额定值（根据2012年4月9日数据详细欠注参数见表2）。
实际上往复泵所排出液体的体积要比理论上计算的体积要小，往复泵在单位时间内所排出液体的量称为实际流量，用Q表示。
Q=αQth式中a为流量系数。
流量系数a的变化范围很大，实际流量和理论流量差别的原因包括以下几个方面：①由于排出阀和吸入阀开闭的迟缓所引起的。
当柱塞在吸入行程终了时，吸入阀处于开启状态，排出阀处于关闭状态，而当柱塞开始作排出行程时，液缸体内的压力增加，但这时吸入阀并末及时关闭，有部分液体从液缸回到吸入管中。
第31卷第1期2021年2月广东石油化工学院学报Vol.31No.l Journal of Guangdong University of Petrochemical Technology February2021基于CFD的套管式高压反应器夹套入口结构优化|杜嘉敏,刘伟(广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名525000)摘要:针对套管式高压反应器夹套的泄漏失效,为探寻夹套的合理入口结构，采用CFD数值模拟方法，对原入口结构、等径正交入口结构、切向入口结构及锥管入口结构进行了研究。
结果表明，原结构入口管位置和收缩环之间存在流动死区，靠近入口管位置的下游流域出现涡旋区，使得脱盐水不能及时将反应器产生的热量带走，因此形成高温区，脱盐水处于沸腾状态引起汽蚀，使得夹套减薄而失效。
等径正交结构、夹套切向进水结构能使死区内和涡流区内的脱盐水不再滞留，流速有明显提高，温度有明显下降,可以解决脱盐水汽蚀的问题，但锥管进口结构的效果不明显。
依据效果来看，切向入口结构效果最好,等径正交入口结构次之，锥管入口结构无明显的效果。
关键词:套管式高压反应器;汽蚀;CFD；夹套入口中图分类号:TE966文献标识码:A文章编号：2095-2562(2021)01-0063-05某高压装置套管式反应器在运行过程中出现多处夹套水泄漏的现象，停车对夹套泄漏点周边1m范围进行了超声波检测，发现夹套进口处的内侧夹套壁厚由原来的8mm减薄到3mm左右,其他位置减薄到7.3mm,而且在夹套的入水处的反应管壁上发现了大量的冲刷状麻坑⑴。
现有文献大多研究反应管失效模式及自增强口灯。
该反应器夹套脱盐水入口结构不合理是导致夹套泄漏及减薄的主要原因⑴。
为解决这一问题，研究者提出采用螺旋导流板提高流速,虽有一定效果，但结构比较复杂⑸o为找寻夹套入水口的合理结构，本文设计了等径正交入口结构、切向入口结构、锥管入口结构等三种入口结构，并与原入口结构进行对比,以确定最优的入口结构。
文章编号: 1005—0329(2005)04—0020—03高压入口往复泵的优化设计王颐合,刘广兵,李 强(合肥通用机械研究院,安徽合肥 230031)摘 要: 针对往复泵进口压力过高所产生的问题,通过对往复泵动力端润滑液压平衡机构、柱塞密封副、进出口组合阀结构的分析研究,提出了高压入口往复泵独特的结构设计特点,同时结合现场使用情况给出了最适用的场合和工况。
关键词: 高压入口;组合阀;低线速;短行程中图分类号: TH32 文献标识码: ADesign on R eciprocating Pump of H igh Pressure E ntry TypeW ANG Y i2he,LI U G uang2bing,LI Qiang(Hefei G eneral Machinery Research Institute,Hefei230031,China)Abstract: The pum p power end liquor pressure balance organization,plunger seal pair and the structure of im ported and exported ass o2 ciation valve were analyzed1The unique structure of the reciprocating pum p at keeping entry was pointed.The operating position of com2 bining this pum p scene1The m ost suitable occasion and operating m ode was provided.K ey w ords: high pressure entry;exported ass ociation valve;low line speed;short stroke1 概述通常化工装置中由于输送介质温度高或易汽化需提高泵的进口压力,例如甲乙酮工程中反应器进料泵丁烯介质、化肥工程中液氨介质以及过饱和冷凝水介质均需提高进口压力(提高0.5～2.2MPa)。
经过对现场设备的调研,发现高压入口的往复泵普遍存在运行效率低、噪声大、动力端润滑不良的问题。
经过分析,决定对使用的三缸电动往复泵作为典型机型进行改进设计。
针对往复泵进口有压工况和可输送易汽化介质状态设计,泵的设计参数为:设计流量:Q=3.0～5.0m3/h;进口压力:P1 =0.1～1.0MPa;出口压力:P2=6.0MPa;介质温度:≤120℃;泵速:n=132～260min-1;柱塞直径: D=45mm;所选电机(Y B160M24)功率为11kW。
该泵为带外置式减速机的卧式三柱塞电动往复泵。
采用外置式减速器。
减速器独立于泵与电机之外,由齿轮传动而产生的径向力由独立的外置式减速器承担。
通过减速器传递给曲轴的只有单纯的转矩,不会有额外的附加径向力。
这样就消除了由于内减速或侧挂式减速装置而增加的曲轴中部或单端的附加径向力,改善了曲轴的受力情况,减少了曲轴产生的附加挠度,通过减小曲轴挠度使其轴颈与轴瓦接触面积增大、接触面压强减小,减轻了曲轴的磨损,提高了曲轴的寿命。
同时加工精度高,可提高传动效率6%～8%,降低噪声,增强泵的使用可靠性。
2 动力端润滑平衡结构研究通常,泵通过电机将动力传递给曲轴,曲轴、连杆将旋转运动转换为十字头、柱塞的往复运动。
通过液力端压力变化来控制进出口阀的闭启,从而完成泵的输送液体的过程。
一般情况下,泵入口端适当有压有利于改善泵的工作状况和保持泵良好的吸入状态,以免发生汽蚀。
但若泵的入口压力过高就会产生对泵不收稿日期: 2004—11—15 修稿日期: 2004—12—2202 F LUI D MACHI NERY V ol133,N o14,2005利的影响,还会影响泵的润滑,导致泵动力端部件曲轴轴颈、连杆轴瓦严重磨损,使其寿命缩短。
泵进口压力正常情况下,当泵在吸程时,在驱动力的作用下,曲轴拉着连杆向后运动,连杆与曲轴的接触面1(见图1)在连杆的前端、曲轴的前端;当泵在排程时,在驱动力的作用下,曲轴压着连杆向前运动,连杆与曲轴的接触面。
在连杆与曲轴前后端接触点周期交替,如图1所示。
这样润滑油就能较好地对曲轴和轴瓦运动副进行润滑,保证该运动副的正常工作。
图1 连杆机构 如果泵进口压力过高,对柱塞端面产生的作用力超过连杆柱塞运动杆系的摩擦力和惯性力之和时:吸程时,进口液压力在柱塞端面产生的作用力使连杆与曲轴始终保持接触面2;而在排程时,两者也作用于接触面2,连杆及曲轴始终受力于前端局部区域,使润滑油无法进入连杆与曲轴间,无法形成润滑油膜和油的吸入和排出循环。
接触面2始终处于干磨状态,摩擦产生的热量无法散去和平衡,局部温度快速升高,润滑油失效,磨损加剧。
同时还会使油池中的油温升高,使润滑油乳化变质,加剧恶化了泵润滑条件和泵的磨损,如此产生一个恶性循环,使泵无法正常运行。
为解决上述技术难题,在泵动力端采用柱塞回程中动力腔润滑油液压平衡控制的专有技术,即在曲轴端采取螺旋式增压轮的结构型式。
该技术针对入口端高压的情况,能非常有效地改善动力端的润滑效果。
强制润滑油进入连杆轴瓦与曲轴轴颈滑动摩擦副的表面,相对均匀地润滑整个摩擦副,使接触面2得到有效润滑并使润滑油循环进出摩擦副以保持油温平衡。
这样就避免了接触面2的干磨现象,从而有效地解决了常用普通往复泵因进口有压而造成曲轴磨损、润滑油温升过高变质等问题。
3 结构参数的优化设计采用较大承载能力机座,使用大推力柱塞增大泵的柱塞直径。
对于单作用泵:Q =0.785×60D 2SnZ式中 Q ———泵流量,m 3/h D ———柱塞直径,m S ———行程长度,m n ———泵转速,r/min Z ———联数由上式可以得出,当增大柱塞直径D 时,可以通过减小行程长度S 和降低转速来达到保持流量Q 不变的目的。
降低泵速,则减小了柱塞与填料的摩擦,使填料摩擦副寿命加长;同时减小了由于填料磨损而导致物料泄漏的可能性,增加了泵的运行可靠性。
由于往复泵在输送介质过程中会产生加速和减速运动,故加大了液缸内压力的变动。
吸排过程中,介质的加速运动会使液缸内的压力进一步下降,如果压力下降到小于液体的汽化压力,液体就会汽蚀,严重时还会造成脱流、水击损坏机组,在管路系统中产生噪声和振动。
而在低速下运行就会尽可能地避免汽蚀,从而提高泵的吸入性能,降低泵的噪声和管路的振动。
采用柱塞运行低线速度设计方法降低泵速。
根据公式[1]:v =Sn/30计算出柱塞平均速度:v =0.61m/s 。
3T C 高压往复泵完全符合化工泵柱塞线速度的限制要求,从而保证了泵的平稳运转,延长了密封寿命。
4 液力端密封与阀组优化设计柱塞密封采用双导向组合式填料密封(见图2)。
该密封采用了柱塞双导向,支撑点增加,受力均匀,不存在柱塞悬臂运动,柱塞在运行过程中不会偏磨或偏磨程度减轻,有效地起到了对填料的保护作用,增加了导向的可靠性。
由于提高了填料的使用寿命,还可减少更换填料的次数,降低生产成本,避免了因更换填料对正常生产造成的影响,从而提高生产效率。
液力端采用新型组合阀(见图3)。
进出口阀板密封接触面宽度、阀座孔径设计合理,不仅密封122005年第33卷第4期 流 体 机 械 性好而且过流损失小;并使泵余隙容积极小(试验测得泵的容积效率高达98.5%)。
这样不仅使泵的可靠性增加,也提高了泵的效率(实测泵机效率为84.5%)。
液缸零件间静密封面采取独特的结合面嵌入式结构设计,使用时间越长,结合面间的密封越可靠、密封性能越好;此外,阀采用整体式不仅结构紧凑且易于拆装,易于液缸体的加工,也使泵液力端整体尺寸有所减小。
图2 双导向组合式填料密封结构图3 新型组合阀结构 材料的使用上,曲轴采用高强度合金锻件等耐磨材料,使得材料的性能得以改善。
轴颈表面经硬化工艺处理,使用寿命高,保证曲轴的正常使用寿命在两年左右;柱塞表面经硬化处理,使硬度(HRC56～60)达到使用要求。
柱塞密封件采用了比较先进的玻纤增强高温填料。
5 泵调速性能 考虑现场使用流量调节和操作方便,产品采用变频计量流量调节系统,可在现场或中控室(DCS )实现调速调量控制。
采用外置式电位器旋钮无级调节,同时又对泵速上限加以设置限定值并设置最大电流限度,既便于操作使用,又不会产生超速超压状况。
根据三缸往复泵的输出转矩特性,变频调器转矩提升采取V/F 特性曲线8%U N形式,即高起点值恒转矩提升,在调节过程中泵速变化时,转矩基本不变,不仅实现了调节流量的功能,又适合于往复泵的输入转矩特性。
同时流量调节准确、简单、方便、可靠,不会出现误操作或其它安全事故。
同时当系统需要流量较小时可通过减量以达到运行节能的要求。
6 结语高压入口往复泵在中石化G A 2703装置作为高压蒸汽脱过热注水泵,其使用工艺参数为:设计流量:Q =3.3～4.6m 3/h ;入口压力:P 1=0.19～0.56MPa ;出口压力:P 2=4.869MPa ;工作温度:109℃。
按G B/T 9234—1997《机动往复泵》和G B7784—1987《机动往复泵试验方法》进行的检验结果如表1所示。
表1 检验结果项 目标准技术要求检验结果流量(m 3/h )4.75～5.505.10吸入压力(MPa )1.01.00排出压力(MPa )≥6.006.09容积系数(%)≥92.0097.50效率(%)≥84.0085.50噪声[dB (A )]≤87.0080.57极限真空度(m )7.07.50泄漏量(L/h )≤0.260.01油温(℃)≤75.0028.60在近一年的运行过程中,所设计的高压入口往复泵运行平稳、安全可靠,解决了原有装置中由于进口高压带来的动力端易损坏、频繁更换曲轴、油箱油温过高、噪声振动过大、液力端易损件寿命低等问题。
该泵为今后类似装置的建立提供了良好的设备基础。
而且该类型结构泵在国内许多类似装置中也开始应用,且一直运行良好,有较高的推广价值。
参考文献:[1] 往复泵设计编写组1往复泵设计[M]1北京:机械工业出版社,19871 作者简介:王颐合(19702),女,工程师,主要从事水泵的开发研究,通讯地址:230031安徽合肥市合肥通用机械研究院。
22 F LUI D MACHI NERY V ol 133,N o 14,2005。
