空调冷却水泵机械密封参数的优化试验研究.pdf

CHEN Yao-yaoHydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2023.08.020空调冷却水泵机械密封参数的优化试验研究陈瑶瑶（北京大千仁合智慧数据科技有限公司，北京1 0 0 1 0 2）摘要：通过开展正交试验，分析空调冷却水泵机械密封参数优化问题。经方差分析观察到，在机械密封端面摩擦功耗方面，不同工艺参数对密封端面摩擦功耗均会产生一定的影响，其中，电机转速对密封端面摩擦功耗所产生的影响最大,其次为介质压力，弹簧比压则对密封端面摩擦功耗影响相对较小。分析极差分析结果可以发现，随着弹簧比压和电机转速以及介质压力的不断增加，密封端面摩擦功耗也会随之呈现出不断增大的变化趋势。经过机械密封泄漏量方差分析，对密封端面摩擦功耗产生较大影响的工艺参数为弹簧比压,其次为介质压力，电机转速对密封端面摩擦功耗所产生的影响则相对较少，另外，弹簧比压会对泄漏量产生较大的影响。最终分析确定机械密封的最佳工艺参数条件为：弹介质压力为0.6 0 MPa，电机转速为2 9 6 0 r/min，簧比压为0.0 6 MPa。关键词：空调；冷却水泵；机械密封参数；优化；试验中图分类号：TB42Optimization Experimental Study on Mechanical Sealing Parameters of(Beijing Daqian Renhe Intelligent Data Technology Co.,Ltd.,Beijing 100102,China)Abstract:In the research process of this article,orthogonal experiments were conducted to analyze the optimization of mechanical sealingparameters for air conditioning cooling water pumps.Through analysis of variance,it was observed that different process parameters have acertain impact on the friction power consumption of mechanical seal end faces.Among them,the motor speed has the greatest impact on thefriction power consumption of seal end faces,followed by the medium pressure,and the spring specific pressure has a relatively small impact onthe friction power consumption of seal end faces.Analyzing the range analysis results,it can be found that with the continuous increase ofspring specific pressure,motor speed,and medium pressure,the friction power consumption of the sealing end face will also show a continuousincreasing trend.After variance analysis of mechanical seal leakage,different process parameters will have a certain impact on the frictionpower consumption of the sealing end face.The process parameter that has a significant impact on the friction power consumption of the sealingend face is the spring specific pressure,followed by the medium pressure.The motor speed has a relatively small impact on the friction powerconsumption of the sealing end face.In addition,the specific pressure of the spring will have a significant impact on the leakage rate.The finalanalysis determines the optimal process parameters for mechanical seals as follows:the pressure of the elastic medium is 0.60 MPa,the motorspeed is 2960 r/min,and the spring specific pressure is 0.06 MPa.Key words:air conditioning;cooling water pump;mechanical seal parameters;optimization;test空调系统高效运行 2 0引言1空调冷却水泵机械密封参数优化试验冷却水泵是空调系统中除制冷机外的主要耗能设备，可以与其他设备一起共同完成空气调节任务。冷却水泵的安全经济运行与整个空调系统的运行之间存在密切关系,因此,还需要对冷却水泵运用情况的分析与控制。掌握提高泵密封安全运行的关键点，保证收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 9作者简介：陈瑶瑶（1 9 9 3-），男，河北廊坊人，工程师，学士，研究方向：数据机房空调专业节能。文献标志码：A文章编号：1 0 0 8-0 8 1 3(2 0 2 3)0 8-0 1 0 5-0 4Air Conditioning Cooling Water Pumps1.1试验设计本次研究中，在对冷却水泵机械密封相关参数的优化情况进行分析的过程中，选择采用正交试验方式。试验过程中结合冷却水泵相关工艺参数情况，借助一定的试验装置和试验试件，分析不同参数的影响，并得出机械密封的最佳工艺参数条件。1.2试验装置本次试验所设计的试验装置中除了机械系统之105液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期外,还包含了一定的计算机数据采集系统。其中,计算机数据采集系统实现对多组参数的实时数据采集。数据采集系统可以结合实际需求，采集多组参数的实时数据信息，在整个系统中涉及到多个不同的硬件，包括温度传感器、力传感器、压力传感器、调速电机、称重传感器、变送器、变频器等等。1.3试验试件根据试验装置的测试原理和尺寸大小，确定选用普通泵用机械密封，机械密封试验试件相关情况见表1。表1 机械密封试验试件相关情况序号项目1试件结构特点2密封端面3试件压力4辅助密封5试件温度6金属构件7线速度8适合介质本次试验中所选用的机械密封具有良好的传热能力，大截面积端面，可以确保高压下端面的平直度，且能在窜动较大的情况下使用，其主要尺寸见表2。表2 机械密封试验试件主要尺寸序号项目1平衡系数2窄环端面外径/mm3轴大端外径/mm4静环与密封腔体配合处直径/mm5密封端面面积/mm6静环与密封圈配合处总宽度/mm7静环与密封圈配合处直径/mm8密封端面宽度/mm9轴小端外径/mm10窄环端面内径/mm106参照试件的宽系列尺寸标准，将端面宽度设定为5.0mm。在进行平衡系数选择的时候,为满足平衡系数对目标特性值影响规律的分析需求，将该系数设定为0.9 0，机械密封试件密封端面技术参数情况见表3。表3 机械密封试件密封端面技术参数序号技术参数1静环端面平均粗糙度2动环端面平均粗糙度3动静环端面平面度具体情况内装、内流、单端面、单弹簧、平衡型、凸耳传动石墨、碳化硅、硬质合金6 MPa丁腈、乙丙、氟胶、聚四氟乙烯-20 80;2Cr13,304,316L,220515 m/s酸、碱、盐、有机物等介质尺寸0.978.9367089.61161.37912.0785.06068.936数值Rai=0.10 mRal=0.05 m0.9 m1.4试验操作1）主轴承扭矩标定试验在机械密封的应用过程中，会产生一定的总摩擦功率消耗，具体来看，主要涉及到旋转组件对密封流体的搅拌功耗以及密封副的摩擦功耗 3-4。在机械密封的实际应用过程中，在其运转时,旋转轴与轴承之间会出现一定的摩擦扭矩 5 。在此次试验中,在开展机械密封性能试验之前，首先开展了空载试验。通过空载试验,对试验台架的主轴承摩擦扭矩进行标定。通过空载试验与标定，可以获得较为准确的机械密封端面摩擦功率数值大小。2）正交试验此次试验过程中，结合机械密封参数相关实际情况,综合分析不同因素，设计了正交试验。在试验中，在不同的工艺条件下测试试件的密封性能，相应的工艺条件主要包括弹簧比压和电机转速以及介质压力。通过正交试验,对不同工艺条件下,相关因素的变化对泄漏量以及端面摩擦功耗的数值变化情况进行分析，掌握相关工艺条件对上述指标的影响，并得出最佳的工艺条件。试验过程中，以清水作为试验介质，试验时间控制在6 h。试验中结合正交试验设计原理，设计3因素4水平正交试验，比较其对机械密封泄漏量和端面摩擦功耗的影响大小。具体试验设计情况见表4。2试验结果与分析2.1主轴承扭矩标定试验通过开展主轴承扭矩标定试验，考虑流体搅拌功耗的空载运行试验包括主轴承摩擦功耗及机械密封件的搅拌功耗,其测试结果对随后进行的机械密封性能试验的测量结果更准确。Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023表4正交试验因素水平表生较大影响的工艺参数为弹簧比压,其次为介质压力，因素电机转速对密封端面摩擦功耗所产生的影响则相对较少。另外，通过分析还发现，弹簧比压会对泄漏量产生AB水平介质压力P./MPa10.1520.3030.4540.60因此,机械密封性能试验前的空载运行试验，其密封端面摩擦功耗的标定均以此空载运行试验的结果为依据。2.2正交试验1）密封端面摩擦功耗首先对试验数据进行方差分析，得出具体的方差数值大小。该数值越大，提示目标特性值与该因素之间的影响关系越大。经方差分析观察到，在机械密封端面摩擦功耗方面，不同工艺参数对密封端面摩擦功耗均会产生一定的影响，但所产生的影响大小不同。其中,电机转速对密封端面摩擦功耗所产生的影响最大，其次为介质压力，弹簧比压则对密封端面摩擦功耗影响相对较小。其次，对机械密封端面摩擦功耗实施极差分析。分析极差分析结果可以发现，随着弹簧比压和电机转速以及介质压力的不断增加，密封端面摩擦功耗也会随之呈现出不断增大的变化趋势。其中，不同工艺参数下密封端面摩擦功耗的变化情况存在一定的差异，密封端面摩擦功耗随电机转速的增大，基本上呈现出线性增大的变化趋势。在生产实际中，在应用离心泵的时候，所设定的电机转速值大多为3000r/min。如果介质压力处于0.1 5 0.45 MPa的范围内,则端面摩擦功耗会表现出明显上升的变化趋势。待介质压力达到0.45 MPa水平之后，密封端面摩擦功耗依然会表现出不断上升的变化情况，但整体变化趋势逐渐变缓。为此，综合考量，将最佳的工艺参数设定为0.6 0 MPa密封介质压力，以及2 9 6 0 r/min的电机转速。2）泄漏量经过机械密封泄漏量方差分析，对方差分析结果进行研究可以观察到，不同工艺参数均会对密封端面摩擦功耗产生一定的影响，且不同工艺参数所产生的影响存在一定的差异。其中,对密封端面摩擦功耗产C电机转速弹簧比压n/r:min=1Psp/MPa11600.0317600.0623600.0929600.12较大的影响，机械密封泄漏量与工艺参数变化关系极差图如图1 所示。54321一000.30 0.6011602360介质电机压力转速图1 机械密封泄漏量与工艺参数变化关系极差图弹簧比压是形成端面比载荷的重要部分，弹簧比压这一工艺参数会对平衡型机械密封的端面密封比压产生较大的影响 6 。随着弹簧比压的不断增大,克服端面间液膜反力的能力也会不断增强。这一情况下，端面的贴合变得更为紧密。在介质泄漏时，相应的阻力会明显增加进而有效控制介质的泄漏，显著减少泄漏量。但是,随着弹簧比压的不断增加，在不同摩擦副之间存在的润滑介质会出现相对减少的问题。受到这一情况的影响,端面摩擦特性会受到较大的影响,逐渐发生恶化，最终导致机械密封泄漏量的增加，在泄漏量超标之后，会导致机械密封出现失效问题 7 。为此，对于机械密封,应当对其弹簧比压进行严格的控制，积极寻找最佳弹簧比压。相应的弹簧比压设置需要综合考虑摩擦特性以及密封性能的实际需求，以尽可能的延长机械密封的使用寿命，减少介质泄漏的发生。通过本次试验分析可以观察到,随着电机转速的不断加快，机械密封泄漏量会呈现出不断上升的变化趋势。在转速水平达到1 7 6 0 r/min之后，泄漏量会表现出大幅度下降的情况。在转速达到2 3 6 0 r/min之后,泄漏量的下降幅度逐渐变缓。结合实际生产实践情况，在空调的使用过程中，离心泵的转速大小通常设定为3000r/min的水平。为此，可以将最佳转速设定为2960r/min。通过试验还发现,随着弹簧比压的不断增加,泄漏量会表现出明显下降的变化情,在弹簧比压达到0.0 6 MPa之后，泄漏量会迅速下降。分析出现上述结果的原因,可能与机械密封的平衡系数大小之间存在一定的关系。在本次试验中,所选用的机械1071100.060.12弹簧比压液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期密封平衡系数达到0.9，整体来看，该平衡系数相对偏大。因此,在该平衡系数下，随着介质压力的不断增大，并导致端面比载荷的增大要高于流体静压力的增大 。综合分析以上结果，可以得出机械密封的最佳工艺参数条件为：弹介质压力为0.6 0 MPa、电机转速为2 9 6 0 r/min、簧比压为0.0 6 MPa。3结论总之,在空调的正常使用过程中,冷却水泵发挥着重要作用，水泵的机械密封情况会直接影响到冷却水泵的性能，进而对空调的运行状况产生一定的影响。在本次试验中,对通过开展正交试验，分析空调冷却水泵机械密封参数优化问题。通过对试验结果进行分析研究，最终得出机械密封的最佳工艺参数条件，具体为：弹介质压力为0.6 0 MPa、电机转速为2 9 6 0 r/min、簧比压为0.0 6 MPa。引用本文：陈瑶瑶.空调冷却水泵机械密封参数的优化试验研究 J.液压气动与密封,2 0 2 3,43（8）：1 0 5-1 0 8.CHEN Yaoyao.Optimization Experimental Study on Mechanical Sealing Parameters of Air Conditioning Cooling Water Pumps J.Hydraulics Pneumatics&Seals,2023,43(8):105-108.i+参考文献1陈铂川.海上石油平台注水泵机械密封泄漏问题探究J.石油和化工设备,2 0 2 1,2 4（4)：9 5-9 6.2徐明建，黄朝林，尚勇.循环水泵机械密封亚微米级液膜特性分析 J.甘肃水利水电技术,2 0 2 2,5 8（6）：2 3-2 6.3张伟东.催化装置外取热器循环水泵机械密封改造 J.液压气动与密封,2 0 2 2,42（8）：5 1-5 4.4 陈创希.水泵机械密封技术在供水厂设备维修中的应用J.设备管理与维修,2 0 2 2，（2 0）：1 5 5-1 5 6.5王勇,罗钰铜，张潮，等.某型船用柴油机淡水泵机械密封失效分析及改进 J.柴油机，2 0 2 2,44（5）：3 9-43.6周学东.煤气水泵机械密封泄漏原因分析及技术改造J.氮肥与合成气,2 0 2 2,5 0(4):1 5-1 7.7廖智全.BFW循环水泵机械密封泄漏原因分析及处理J.大氮肥,2 0 2 2,45(5）:3 3 9-3 40,3 43.8赵凤鸣.石化中高温高压锅炉给水泵机械密封失效故障原因分析及改进设计 J.石油和化工设备，2 0 2 1,2 4（9）：53-56.+中国液压气动密封件工业协会开展2 0 2 3 年会员满意度和服务需求调查为了进一步提高秘书处的工作质量和服务质量，全方位服务于行业和企业，中国液压气动密封件工业协会秘书处于2023年4月2 3 日5 月1 5 日通过会员满意度和服务需求调查表（以下简称需求调查表）征集了会员单位对协会秘书处工作的意见和建议。经统计分析，2 0 2 3 年会员满意度为8 9.8（目标值为9 0）。本次调查收到了丰富、中肯、具有建设性的意见，在这里对给予大力支持和配合的会员单位表示衷心的感谢！需求调查表是会员对协会秘书处各职能部门工作质量和服务质量进行监督和促进的一种途径和方式，协会秘书处每年将进行不定期调查，收集会员的宝贵意见和建议，整理、归纳、分析、改进、跟踪、反馈，以达到持续改进各项工作的目的，会员也可以随时向协会秘书处反映需求和建议。本次调查，会员反馈的主要服务需求囊括咨询服务和行业培训两大方面，包括技术、管理、政策三个领域，涉及科技创新、技术发展方向、技术进步趋势、标准制定、质量管理、流程管理、研发管理、绩效管理、行业发展规划、产业政策、新技术、新工艺、数字化、智能化等十九个类别，归纳以上共性和个性服务需求，主要为以下六个方面：1.向上级部门反馈意见。适时向上级有关单位和部门提出建议，例如出台鼓励基础件国产化替代政策或鼓励“五基”政策等。2.发布行业技术发展报告。定期发布年度行业发展与改革报告，了解液压、液力、气动、密封产品发展方向。3.组织行业技术交流。协调整合行业科技创新资源，组织新技术、新工艺、新材料、数字化、智能化等应用培训和交流。4.加快制修订标准速度。加快团标、行标等标准立项和制修订速度。5.组织引导奖项申报。引导申报“液气密行业技术进步奖”“机械工业科学技术奖”、“专精特新小巨人”、“制造业单项冠军”“中国工业大奖”、“中国质量奖”等奖项。6.组织行业管理培训。组织现场质量管理、规范化研发管理、流程管理措施和方法、有效绩效管理等先进的管理理念和方法的培训与交流。摘自液压液力气动密封行业信息2 0 2 3 年第6 期108