酸泵機械密封滲漏現(xiàn)象及解決對策分析

喻建文

摘要：機械密封對精密部件要求較高，在設(shè)計、裝配質(zhì)量及機械加工方面都有較高的要求。本文在介紹酸泵機械密封原理的基礎(chǔ)上，對酸泵機械密封滲漏現(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)分析，并提出了解決對策。

關(guān)鍵詞：酸泵；機械密封；滲漏；解決對策

機械密封也稱之為端面密封，其端面主要垂直于旋轉(zhuǎn)軸線。該端面流體壓力和補償機械外彈力的共同作用下貼合于另一端，但其依靠輔助密封的配合，而實現(xiàn)相對滑動，從而有效避免了流體泄漏的現(xiàn)象。因機械密封的密封性相對穩(wěn)定，密封參數(shù)高，正常情況下不會出現(xiàn)泄漏，并且具有低功耗，對軸承磨損小，而振性較強等特點，其使用范圍非常廣泛。酸泵滲機械密封滲漏的原因非常多，其中因機械密封滲漏在酸泵的整個維修量中占到45%以上。對此，酸泵的穩(wěn)高、高效正常運行會直接受機械密封好壞的影響。

1. 機械密封原理

機械密封的工作原理較為簡單，主要依靠機械端面所產(chǎn)生的流體壓力和補償機構(gòu)的磁力或彈力的相互作用下，并在垂直于軸作相對滑動的端面保持貼合，以輔助密封而達(dá)到阻滯滲漏的一種軸封裝置。下圖1所示為機械密封結(jié)構(gòu)圖。

圖1.機械密封結(jié)構(gòu)圖

如圖1中 A、B、C、D 這四個通道可能為機密封中流體泄漏的主要途徑，C、D泄漏通道均屬于靜密封，二者分別殼體與壓蓋、壓蓋與靜止環(huán)之間的密封。B通道屬于一個相對靜密封，實際上是旋轉(zhuǎn)環(huán)與軸之間的一個密封。端面在受到一定的磨損或摩擦的情況下，會微量移動并沿軸向作追隨償環(huán)。對此，相對來說這些泄漏通道非常容易受封堵。通常靜密封元件比較常用的橡膠有兩種：一是橡膠O形圈，二是聚四氟乙烯V形圈。而輔助密封的靜止環(huán)及補償環(huán)的旋轉(zhuǎn)環(huán)，會經(jīng)常使用具有彈性元件功能的橡膠、金屬波紋管及聚四氟乙烯結(jié)構(gòu)。

A通道是相對滑動的動密封，靜止環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)的端面會實現(xiàn)彼此貼合，它在機械密封裝置中會作為一個主密封，其中機械密封的壽命和性能都是由它所決定的。所以相對來說對于密封端面的加工有很高的要求，此外，為了確保密封端面能夠保持穩(wěn)定的潤滑液膜，對于腔制端面上的單位面積壓力必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，主要因壓力過大的情況下，所要求穩(wěn)定的潤滑液膜不利于形成，這樣一來會使端面加速磨損，而如果壓力過下，會增加泄漏量。因引，在機械密封的設(shè)計和安裝過程中，必須確保端面單位面積壓力值控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，這樣才能獲得較好的密封性，又能延長其使用壽命。

2.常見的滲漏現(xiàn)象及解決對策

酸泵機故障維修中，由機械密封滲漏所致占50%以上，酸泵的正常運行會直接受到機械密封運行的影響，現(xiàn)見酸泵機常見的密封滲透漏現(xiàn)象總結(jié)分析如下。

2.1 周期性滲漏

滲漏原因：①由于密封面的潤滑油量較少而導(dǎo)致密封端面拉毛或出現(xiàn)干摩擦；②密封與輔助軸因泵轉(zhuǎn)子軸向竄動量較大的原因而導(dǎo)致過盈量較大，使軸上的動環(huán)不能實現(xiàn)靈活移動，在靜環(huán)、動環(huán)被磨損或翻轉(zhuǎn)后，無法得到補償位移；③由于葉輪和主軸不平衡，或因為定子與上端蓋和下端蓋沒有定中而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)周期性振動，從而使汽蝕或軸承經(jīng)長期運轉(zhuǎn)后容易受到磨損，存在這些現(xiàn)象都會導(dǎo)致酸泵機出現(xiàn)滲漏或密封壽命縮短。

解決對策：①增加密封面潤滑油，為確保其量充足，最好將潤滑油加到靜環(huán)、動環(huán)密封面之上；②在裝配機械密封過程中，盡量保持軸的軸向竄動量還超過 0.1mm，輔助軸與密封的過盈量不能過大，在確保徑向密封的基礎(chǔ)上，保證在軸上裝配動環(huán)后能夠靈活移動；③糾正上述問題可根據(jù)維修的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行維修。

2.2泵機封滲漏引起的磨軸現(xiàn)象

滲漏原因：磨軸是往往是小泵機（715kW以下）密封失效的主要原因，靜環(huán)位置、動環(huán)輔助為主要磨軸位置，但還有少數(shù)彈簧有磨軸現(xiàn)象；由于酸泵機封失效而導(dǎo)致磨軸產(chǎn)生，其中靜環(huán)位置、動環(huán)輔助密封圈處以及彈簧磨軸現(xiàn)象。導(dǎo)致磨軸主要原因為：①磨軸的主要構(gòu)件為橡膠波紋管，但軸與橡膠波紋管之間由于上端密封面潤滑效果不好的原因使其動靜環(huán)之間的摩擦力矩大于傳遞轉(zhuǎn)矩力，從而容易導(dǎo)致相對轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象；②BIA型雙端面機械密封，當(dāng)其處于不良工作狀態(tài)時為反壓狀態(tài)，一般密封面內(nèi)容易有雜質(zhì)或顆粒物進(jìn)入，便容易導(dǎo)致密封失效；③泵所輸送的酸液長期可能會使運、靜環(huán)輔密封受到腐蝕，從而導(dǎo)致橡膠件變得無彈性，甚至有的橡膠件出現(xiàn)腐爛，這種情況下就容易產(chǎn)生磨軸的現(xiàn)象。

解決對策：①確保機封油室腔內(nèi)的油面線必須比動靜環(huán)密封面要高；②油室和下端蓋裝配必須清潔，潤滑油中必須保證清潔度，不能含有其它雜物；③對于酸泵機不同的使用介質(zhì)選擇機封時應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)，可以對高揚程泵的機封結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行設(shè)計，同時還應(yīng)加防轉(zhuǎn)銷在機封靜環(huán)，而橡膠宜選擇耐弱酸、弱堿的氟橡膠，以避免受腐蝕。

2.3壓力所造成的滲漏

滲漏原因：造成機械密封滲漏還可能是因高壓和壓力波所致，主要因所設(shè)計總比壓或彈簧比壓力過大，在密封腔內(nèi)壓力超過3MPa的情況下，極易導(dǎo)致密封端面比壓過大，從而難以形成液膜，密封端面受到嚴(yán)重的磨損，最終會導(dǎo)致密封面熱變形。

解決對策：機封在裝配過程中，必須按機關(guān)規(guī)定對彈簧進(jìn)行壓縮，壓縮量必須符合要求，不能存在過小或過大的現(xiàn)象，機械密封在高壓條件下應(yīng)采取相應(yīng)的措施。所選用的材料必須是耐壓強度高的，如硬件質(zhì)合金、陶瓷等，以確保端面能夠合理受力。同時，應(yīng)加強冷卻潤滑措施，以此盡量減小變形。

2.4真空狀態(tài)運行造成的滲漏

滲漏原因：在遇到泵進(jìn)口被堵塞或抽送介質(zhì)中含有氣體的情況下，會導(dǎo)致酸泵機在起動或停機過程中容易使密封腔內(nèi)存在負(fù)壓，存在這種情況，會使密封端面容易出現(xiàn)干摩擦的現(xiàn)象，同時內(nèi)裝式機械密封會產(chǎn)生漏氣或漏酸液等現(xiàn)象。其中密封對象的方向性存在差異是正壓密封與真空密封的主要不同點，同時機械密封在某一方向也有一定的適應(yīng)性。

解決對策：為了能夠改善潤滑條件和提高密封性能，對于機械密封最好采用雙端面。

2.5介質(zhì)引起的滲漏

滲漏原因：①如果密封端面內(nèi)進(jìn)入固體顆粒雜質(zhì)，會導(dǎo)致機械密封滲漏，這樣一來會加快密封端面磨損或劃傷密封羰面，在軸表面因油污或其他物質(zhì)的堆積速度超過摩擦所導(dǎo)致的磨損速度，使磨耗位移不能受到動環(huán)被償，再加上石墨密封環(huán)的密封面內(nèi)會嵌入固體顆粒，從而導(dǎo)致產(chǎn)生硬對硬的摩擦，一定程度上縮短了其運轉(zhuǎn)壽命；②拆解潛污機械密封后，靜環(huán)與動環(huán)的輔助密封件很可能會出現(xiàn)無彈性或腐爛，從而造成機封大量滲漏或磨軸的現(xiàn)象，若受到腐蝕主要是因動環(huán)和靜環(huán)輔助橡膠密封件受到高溫或酸水的影響，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機械滲漏過大。

解決對策：①對容易進(jìn)入固體顆粒的位置對碳化鎢摩擦副的機械密封可以選用碳化鎢。②針對橡膠件腐蝕性介質(zhì)，一般靜環(huán)、動環(huán)橡膠密封圈的材料可選擇丁腈-40，其具有耐酸堿和高溫等特點，一般不容易受到腐蝕，也可選用弱堿、耐弱酸及耐高溫的氟橡膠。

3.結(jié)語

通過以上對機械密封滲漏原因進(jìn)行了總結(jié)，可了解到機械密封部件本身對精密要求較高，同樣在設(shè)計、裝配質(zhì)量及機械加工等方面的要求也非常高。所以，在使用機械密封時，為確保各種泵的使用介質(zhì)要求和技術(shù)要求機械密封都能適用，應(yīng)對機械密封的各種因素進(jìn)行分析后再使用，以此確保機械密封能夠長期正常的運轉(zhuǎn)。

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