高速泵機(jī)械密封泄漏原因分析及改造

孫 冰 張俊秀 孫成立

一、概述

全密度聚乙烯裝置共有立式高速泵八臺(tái)，均作為反應(yīng)器原料注入的動(dòng)力來(lái)源，在聚乙烯生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，自2006年10月裝置投入生產(chǎn)以來(lái)，八臺(tái)高速泵中常用的六臺(tái)均不同程度地因機(jī)械密封的泄漏導(dǎo)致頻繁切換備機(jī)，更換機(jī)械密封。

全密度聚乙烯裝置八臺(tái)高速泵均采用美國(guó)Sundyne公司的LMV-322型立式高速泵。由電機(jī)、增速器、泵體、強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封液循環(huán)系統(tǒng)等組成，增速器采用二級(jí)齒輪增速。整臺(tái)泵有三處采用機(jī)械密封，其中增速器的下部密封為單級(jí)機(jī)械密封，泵體部分的軸封為兩套串聯(lián)的機(jī)械密封，兩套機(jī)械密封之間的密封腔充滿密封油，在密封液補(bǔ)給循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)（包括一個(gè)密封油罐）進(jìn)行循環(huán)，對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻。這三套機(jī)械密封都由如下部件組成：動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、推環(huán)、彈簧、彈簧座、輔助密封圈、卡環(huán)等。輔助密封圈有O形橡膠圈和PTFE楔形環(huán)，靜環(huán)材料都為石墨（M106K）。

二、機(jī)械密封泄漏分析

泵用機(jī)械密封泄漏點(diǎn)主要有五處：（1）軸套與軸間的密封；（2）動(dòng)環(huán)與軸套間的密封；（3）動(dòng)、靜環(huán)間密封；（4）對(duì)靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；（5）密封端蓋與泵體間的密封。

1.高速泵機(jī)械密封泄漏方式

LMV-322型立式高速泵增速器與泵體之間有一空腔，泄漏的潤(rùn)滑油和密封油都積聚在這里，經(jīng)排油孔引至泵體外的油杯中。全密度聚乙烯裝置高速泵自投用以后，油杯中的漏油量就遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)械密封的正常泄漏量。在運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)月左右時(shí)，機(jī)械密封的密封油向外泄漏，開(kāi)始有介質(zhì)竄至密封腔進(jìn)入密封油罐和油杯中，最后介質(zhì)大量泄漏，導(dǎo)致密封油罐壓力過(guò)高。解體檢查，發(fā)現(xiàn)處于泵體兩套串聯(lián)機(jī)械密封間的軸套已嚴(yán)重磨損（圖1），該軸套正常運(yùn)行時(shí)與機(jī)械密封動(dòng)環(huán)同步隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，二者之間靠O形圈形成靜密封。根據(jù)軸套和動(dòng)環(huán)的磨損情況，判斷二級(jí)動(dòng)環(huán)與軸套間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

2.高速泵機(jī)械密封泄漏的理論分析

根據(jù)機(jī)械密封的平衡條件，施加于整個(gè)密封面上的全部載荷必須等于密封面上產(chǎn)生的總承載能力。密封面上出現(xiàn)的總承載能力就是流體模承載能力與微凸體機(jī)械接觸承載能力之和。根據(jù)高速泵軸套的磨損情況及計(jì)算可判斷，該泵使用過(guò)程中密封面載荷大于密封面的總承載能力，而根據(jù)機(jī)械密封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸面良好的使用情況判斷，流體模承載能力處于正常范圍內(nèi)。承載能力過(guò)大，最終導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與軸套產(chǎn)生機(jī)械接觸而損壞。

三、密封改造

通過(guò)上述分析，結(jié)合裝配和使用過(guò)程中的實(shí)際情況，降低高速泵泵體第二級(jí)機(jī)械密封面的載荷是消除高速泵機(jī)械密封泄漏的關(guān)鍵因素。要降低高速泵第二級(jí)機(jī)械密封面的載荷，就必須增加磨損軸套的裝配間隙（圖2），增加軸套的裝配間隙可有三種方式。

1.葉輪螺栓調(diào)整法

由高速軸機(jī)械密封的裝配關(guān)系可知，泵體兩套串聯(lián)的機(jī)械密封最終裝配尺寸是由葉輪螺栓確定的，因此理論上可通過(guò)調(diào)整該螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)降低機(jī)械密封面的載荷，但由于高速泵高速軸一旦安裝完成，其軸向裝配間隙也就基本固定，因此為保證葉輪與泵體之間的裝配間隙和葉輪的可靠固定，通過(guò)調(diào)整葉輪螺栓的方法來(lái)降低機(jī)械密封面的載荷是不可行的。

2.墊片調(diào)整法

在機(jī)械密封裝配過(guò)程中，可在泵體機(jī)械密封的第二級(jí)密封的下部安裝適當(dāng)厚度的墊片，以降低第二級(jí)機(jī)械密封的密封比壓力，進(jìn)而降低第二級(jí)動(dòng)環(huán)與軸套的接觸力，以實(shí)現(xiàn)降低機(jī)械密封面的載荷的目的，通過(guò)此方法調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單可行，改造方便，但存在一定的弊端。若機(jī)械密封安裝過(guò)程中螺栓預(yù)緊力不均勻，可能導(dǎo)致機(jī)械密封靜環(huán)與動(dòng)環(huán)的垂直度不夠，引起新的泄漏點(diǎn)。

3.軸套自身調(diào)整法

通過(guò)核實(shí)實(shí)際尺寸后，發(fā)現(xiàn)直接減小軸套的尺寸最可靠，在全密度聚乙烯裝置中高速泵有上下兩個(gè)軸套，磨損的為下軸套，其原始軸套長(zhǎng)度為22mm，經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐和尺寸核實(shí)，軸套尺寸改為21.5mm，能夠滿足要求，從而從根本上降低了機(jī)械密封面的載荷，同時(shí)將裝配O形圈的軸套倒角適當(dāng)放大，在保證密封比壓力允許的范圍內(nèi)，通過(guò)O形圈的彈性和機(jī)械密封彈簧的彈性，最終實(shí)現(xiàn)密封面的總承載能力等于密封面載荷。通過(guò)觀察近期的使用情況，機(jī)械密封的使用壽命已得到明顯提高。