化工设备机械密封综合评价模型

又 由于 ：周速 ｖ ＬＴ ＝ ／，载荷 Ｗ＝ ｏ ，线度 磨损 ＰＡｆ
ＡＬ ＝Ａ１ ｜ ， 、 『
代入 即可得 到机 械密 封 的磨损 率 Ｙ：
Ｙ＝△ Ｔ＝Ｋ ／ ：（ ／ ｐ Ｖ （ — ） Ｌ／ Ｐ Ａ， ｒ Ｋ Ｈ） １４ 式 中 ：Ｐ． ｃ 端面压 力 ；Ａ广 封面 面 积 密
［ ］ （ 一 １ － ２ ）
式 中 ：ｔ机 械 密 封 寿 命 随机 变 量 ；ｋ形 状 参 ． ． 数 ；ａ位 置参 数 ；ｂ 尺度参 数 。 ． ．
ｋ 大 小 决 定 了威 布 尔 曲线 的 形 状 ，是 三 个 的 参 数 中最 重 要 的 ，又 称 威布 尔指 数 。威 布 尔 指 数
（）因素集： １ Ｕ＝缸 ， 一Ｕ｝ ｎ，被评判对象的各
由于权重的确立将直接影响综合评判的结果， 需要格外慎重，应根据各因素对综合评价结果的贡 献大 小来确定［。上述机械密封四项因素若同等重 ６ １ 要，则权重应为Ａ＝（ ． ，． ，． ，． ），但实 ０２ ０ ５ ２ ０ ５ ５ ２０５ ２
即
１ 机械 密封的主要 因素分析
１１ 漏率 ． 泄 泄漏 率是 评 定机 械密 封 性能 的主 要参 数 。 机 械 密 封 的泄 漏 途 径 有 ４ 面 ，分 别 是 静 止 环 与 方 压 盖 、压 盖 与 壳 体 、旋 转 环 与轴 、旋 转 环 与 静 止 环 之 间 的密 封 ，但 前 三者 是静 （ 相 对 静 止 ）密 或 封 ，只 要 在 设 计 和 制造 过 程 中严 格 控 制 质 量 ， 一 般 比较 容 易 封 严 ，而旋 转 环 与 静 止 环 的 端 面 彼此 结 合 构 成 相 对 滑 动 的 动 密 封 则 是 主 要 的 泄 漏 通 道 ，机 械 密 封 的泄 漏 率主 要讨 论 此 端 面 间隙 的 泄 漏。
通常而言 ，机械密封结构复杂 ，安装检修 比 较 麻 烦 ，对 操 作 工 人 的 技 术水 平 要 求较 高 。 且机 械 密 封 形 式 多样 ， 不 同类 型 的机 械 密 封 安 装 检 修 难 易 程 度 也 有 差 别 ，如 在 同等 情 况 下 ，双 端 面 机 械 密 封 比单端 面机 械 密封 安装 检 修要 难 。 因此 评 价 机械密封安装检修难易程度 ，除要了解现场操 作 工 人 的 技术 水 平 外 ，还 要 熟 悉机 械 密封 的 分类 及 各 种 密 封 的 结 构 。其难 度 与 结 构 的 复 杂和 严 密 程 度 是密 切 相关 。
２机械密封综合评价模型 的建立与求解
２１ 合评 价 基本模 型 ．综
分 布 表 示 ，但 此 种 方法 需 要 众 多 参 数 指标 ， 实 际 应用 中，多依 据 德尔 菲法 （ ｌｈ）邀请 众专 家进 Ｄｅ ｉ ｐ 行评 价 。
用模糊数学理论进行综合评价有三个要素 ， 分 别是 ：
可 靠 度 是 可靠 性 的量 化 指 标 。机 械 密 封 的 可 靠性 是指 机 械 密 封 在给 定 的环 境 和 运 行 条 件 下 和 在 给 定 的 时 间 内 ，保 持 有 效密 封 ，使 泄 漏 率 低 于 所规 定 的指标 泄漏 率 的能 力［。对机 械密 封 进行 可 ３ 】 靠 性分 析 ，是 提 高 机械 密封 的可 靠 性 和 寿 命 的 必 要条 件 。机 械 密 封 可靠 性分 析 一 般 从 以下 三 个方 面进 行［：机械 密 封设 计 的可靠 性 的影 响 ；支撑 零 ４ 】 件腔 座 的尺 寸 变 化 对 可 靠 性 的影 响 ；摩 擦 、磨 损 与润滑 对 可靠性 的影 响 。 对 于机 械 密 封 的可 靠 度 计 算 ，根 据 已有 的研 究 成 果 ，机 械 密 封 的失 效 符合 威 布 尔 分 布 。可 靠 度 函数 的威 布尔 分布 可用 以下 公式表 示 ： 】
多因素评判 中 由于每个 因素在总评判 中的影 响程 度 是 不 同 的 ， 因此 需 引入 权 重 ，利 用 模 糊 集 Ａ＝ （ｎ ．ａ ）表 示各 单个 因素 的所 占权重 。Ａ中 ． ， 的各元 素应 满足 归一 化与 非负 性条件 的要 求 。
权 重集Ａ与评 判 矩 阵Ｒ的合 成 ， 即是 对各 因素 综 合评 判 的结 果 ：Ｂ Ａ・ （ ＝ Ｉ ｂ ，… ，ｂ） 。 ２２机 械密 封综 合评 价模 型 ． 结 合 基 本模 型 ，选 取 机 械 密 封 的泄 漏 率 、可 靠 性 、经 济 性 、安 装 检 修 难 易 度 为评 判 因素 ， 以 优 、 良、中、差 为评 语 ，即 ： ｕ＝ ｛ 泄漏 率 ，可 靠 性 ，经 济 性 ，安装 检 修 难 易ｆ 经 过 对 上 述 四项 因 素 的 分 析 后 ， 利 用 模 糊 数 学 理 论 ， 需将 定 量 描 述 的数 据 转 化 为模 糊 集 上 的隶属度得 出各单 因素 的评价结果 。在模糊数学 中 ， 常 利 用模 糊 分 布 来 求 得 隶 属度 ，模 糊 分 布 的 表 现 形 式 由模 糊 变 量 及 模 糊 约 束 的 本 身 性 质 决 定 ，可 以用连 续 的 函数 曲线 表 示 ，也 可 以在 分 段 的 区 间 用 离散 的数 据 点定 义 。较 为 常用 的模 糊 分 布 有 梯 形 分布 、三 角形 分 布 、柯 西 分 布 以及 正态 分布 等 ［。机 械密 封 各 因素 的隶属 度 函数 多 由梯形 ８ 】
式 中 ：Ｑ 通 过密 封缝 隙 的泄 漏量 ，ｃ ／；ｄ 一 一 ｍ ｓ 密 封 面 平 均 直 径 ，ｍｍ； △Ｐ 密 封 面 内周 和 外 周 一 压 力差 ，Ｐ ； ｒ． 体 动力 粘 度 ，Ｐ ・；ｖ 流 动速 ａ １流 ａｓ ． 度 ，ｍ／；ｂ密 封 面 宽 度 ，ｍｍ；Ｃ一 通 系 数 ５ ｓ 一 流 × １ ０，ｍ／ ；ｐ－ 封端 面压 力 ，Ｐ 。 ｓ ｏ 密 ａ １ ． 靠度 ２可
１ ． 济性 ３经 机 械 密 封 的 经 济 性 分 析 一 般 包 括 以 下 几 方 面 ：密 封 设 备 的 价 格 、 密封 系 统运 行 的 能耗 、检 修 费 用 等 ， 而 且 要 结合 其 使 用 寿命 和 检 修 周期 进 行 折 算 。机 械 密 封 由于 普遍 结 构 较 为 复杂 ，加 工 精 度 较 高 ，一 般 价 格 昂贵 。 能 耗 可 以通 过 把运 行 消 耗 能 量 转 化 为 消 耗 电能 所 需 费 用 来 计算 。机 械 密 封 的使 用 寿 命 和 周 期 一般 按 照 厂 家 设 计 给 出 ， 但 实 际使 用 寿 命 和 厂 家 设 计 有 一 定 出入 。 因 此 ， 需 要 引入 对 机 械 密 封 使 用 寿 命 的预 算 额 外 损 失 。 在 正 常 情 况 下 ，机 械 密 封 的寿 命 主 要 取 决 于 密 封 面 的磨 损 状 况 。 因此 ，机 械 密 封 的使 用 寿 命 预 算 可 以通 过求 机械 密封 平均 磨损 率 来进 行 。 根 据摩 擦 学 及 有 关 的 密 封 技 术 知 识 可 知 ，摩 擦 副材 料粘 着 磨损 的磨 损量 ａｖ表 示为 ［ ６ 】 ：
对 于普通摩擦工况下 的机械密封，对机械密 封 泄漏 量 的求 解 ，迈 耶 根 据 实验 提 出如 下 的经 验 公式 ： 】
ｋ Ｏ７ ３５ ＝ ．～ ．，多数情 况 下ｋ ｌ２ ＝ ～ 。此种 方法 的求解 需 要经过长期可靠性试验 收集大量可靠性数据进行 参数 估 计 ，并 根 据 概 率 论 方法 得 出 。繁 琐 的 可靠 性试验和数据采集可操作性不高，现在 的可靠性 分 析往 往 需要 依 靠 现 场 专 家 凭借 经 验 以及 监 测 通
８ ■ 论文广场 一
一
２ 第 备 石１ 化 设 ０１ 工 油年 和
１卷 ４
化工设备机械密封综合评价模型
张鑫，李永飞
（ 西南石油大学 ，四川 成都 ６ ０ ） １ ５ ０ ０
［ 摘 要］ 本文对机械密封的四个主要因素一泄漏率、可靠度、经济性以及安装检修难易度进行了分析， 依据模糊数学理 论 ，建立机械 密封 综合评价模型并求解 ，为判断化 工设备机械 密封 的运行状 况提供 了一种理论工具。
“—（， ，， ÷ １２ ） Ｉ …
模糊 映射 ｆ 可以确 定一 个模 糊关 系 Ｒ∈ … ，称 为评 判矩 阵 。
： ■］
Ｊ… ａ ／
其 中： 表 示 因素ｕ对评 语等 级ｖ的隶 属度 。 ｉ ｊ
式 中 ：Ｋ 一 损 系数 ：Ｗ＿ 向载 荷 ，Ｎ；Ｌ 摩 ｗ磨 法 ． 擦 路程 ，ｍ；Ｈ一 度 ，Ｎ／ 硬 ｍ２
作者简介 ：张鑫 （９５ １８ 一） ， 男， 山东莱芜人， 硕士，主要从
事石油机械设备及相关软件 应用研 究工作 。
Ｑ： 型
（＿） １１
第 １ 期 １
张鑫等 化工设备机械密封综合评价模型
． ９。
过 分 析上 述影 响机 械 密封可 靠 性 的因素进 行 。
因素组 成 的集合 ；
ＡＶ ＝Ｋ ＷＬ／ Ｈ （－） １３
（） ２ 判断集：Ｖ ， １ ＝ …， ，评语组成的集
合；
（ ）单 因素判 断 ， 即对 单个 因素 “（＝ｌ ， ３ ， ， ｚ ｆ …，） 的评判 ，得到Ｖ 上的模糊集 （ ， ） ，： …， ，所 以它 是从Ｕ到Ｖ的一个 模糊 映射 。 ／： 号 ） ’ Ｕ （
［ 关键词］机械 密封 ；泄漏率；可 靠度 ；经 济型 ；安装检修难 易度；综合 评价
机 械 密 封 具 有 泄 漏 量 小 、 寿 命 长 、 经 济 性 及 可靠 性 高 等 优 点 ，可较 好地 满 足 化 工 生 产 过 程 的连 续 化 与 自动 化 及 生产 流程 的高 温 、高 压 、 高
利 用 已知 的磨 损 系 数Ｋｗ Ｈ或ＫｗＨ值 ， 可得 及 ／ 出磨 损率 。Ｊ １ ７ ８ 规定 磨 损率 Ｙ５ ． ｕｍ／ 。 Ｂ４２ — ５ ０ ｈ ２ 因此 ，若 密封 面 耐 磨 台被 磨 去２ｍｍ，则其 预 计 的 平 均寿 命 为 １ ０ ０ｈ ０ ０ 。 １ ． ４安装检 修 难易程 度