液環(huán)式真空泵機(jī)械密封泄漏原因分析及處理

李志偉（天津石化化工部PTA車間， 天津 300000）

液環(huán)式真空泵機(jī)械密封泄漏原因分析及處理

李志偉（天津石化化工部PTA車間， 天津 300000）

本文根據(jù)液環(huán)式真空泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)械密封泄漏的原因進(jìn)行了分析，通過(guò)改進(jìn)方法，論證了液環(huán)式真空泵在PTA裝置中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)。

機(jī)械密封；真空泵；軸套；機(jī)械密封彈簧；泄漏；靜環(huán)；動(dòng)環(huán)

天津石化PTA裝置是引進(jìn)日本三井油化（MPC）的專利技術(shù)，于2000年5月一次投料引發(fā)成功。但是PTA裝置液環(huán)式真空泵自裝置開車以來(lái)經(jīng)常發(fā)生機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象，由于介質(zhì)為醋酸，易燃易爆危險(xiǎn)性大，對(duì)裝置平穩(wěn)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響。為此進(jìn)行了深入研究和實(shí)踐，找出了機(jī)械密封泄露原因，制定了整改措施，經(jīng)過(guò)運(yùn)行檢驗(yàn)效果良好。

1 真空泵的工作原理

液環(huán)式真空泵主要用于抽輸?shù)陀诖髿鈮旱臍怏w和介質(zhì)，葉輪被偏心的安裝在泵體中，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)入泵體的水被葉輪拋向四周，形成了一個(gè)與泵腔形狀相似的等厚度的封閉水環(huán)。在吸氣側(cè)，液環(huán)逐漸遠(yuǎn)離葉輪輪轂，氣體通過(guò)吸氣口軸向進(jìn)入泵體內(nèi)；在排氣側(cè)，液環(huán)逐漸靠近葉輪輪轂，氣體被壓縮并通過(guò)排氣口被軸向排出。

2 真空泵的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

泵體兩端均裝有雙列圓錐滾子軸承。泵體兩端分別裝有單端面機(jī)械密封，分別由動(dòng)環(huán)，靜環(huán)組成。動(dòng)環(huán)靠頂絲固定在軸套上，動(dòng)環(huán)后面由六個(gè)彈簧支撐，以此來(lái)調(diào)節(jié)密封壓縮比，靜環(huán)固定在泵體上和動(dòng)環(huán)接觸，防止液體流出。

3 機(jī)械密封泄露分析

通過(guò)對(duì)單作用平衡式機(jī)械密封多次泄漏的進(jìn)行分析，引起泄漏原因有以下幾點(diǎn)。

①動(dòng)環(huán)、靜環(huán)壓縮比量過(guò)大。②靜環(huán)與壓蓋之間密封圈失效。③動(dòng)環(huán)與軸套之間的密封圈失效。④軸套的密封面腐蝕。⑤彈簧失效。⑥機(jī)械密封經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間放置變形。

具體分析這6個(gè)原因，其中動(dòng)環(huán)與軸套之間的密封圈，靜環(huán)壓蓋與泵體之間的密封墊片及靜環(huán)與壓蓋之間的密封圈這3個(gè)位置屬于靜密封，所使用的密封材料氟橡膠，耐高溫，耐腐蝕。實(shí)際解體檢修中也未發(fā)現(xiàn)上述密封件失效。因此，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)壓縮比過(guò)大，軸套、彈簧材質(zhì)腐蝕是機(jī)械密封泄漏的主要原因。另外機(jī)械密封經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間放置變形，也是機(jī)械密封泄漏的一個(gè)原因。

4 改進(jìn)措施

4.1 安裝注意事項(xiàng)

①動(dòng)環(huán)背面的彈簧，是保證機(jī)械密封摩擦副端面比壓的重要因素，各彈簧之間高度相差要在0.5mm以內(nèi)，不存在偏斜現(xiàn)象，彈簧力的下降范圍在10%以內(nèi)。②機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)的密封橡膠圈的安裝要符合設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)范要求，壓縮率為8%～10%。③機(jī)械密封動(dòng)環(huán)材質(zhì)為硬質(zhì)合金，靜環(huán)材質(zhì)為石墨環(huán)，該材質(zhì)優(yōu)點(diǎn)為耐熱、耐腐蝕，耐熱沖擊性好、線膨脹系數(shù)小等，但也存在石墨硬度低、硬質(zhì)合金脆性大的缺點(diǎn)。④實(shí)際檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，動(dòng)環(huán)多次出現(xiàn)裂紋，說(shuō)明該硬質(zhì)合金動(dòng)環(huán)經(jīng)國(guó)產(chǎn)化后導(dǎo)熱性能較差，易產(chǎn)生熱裂。因此需要從備件上提高質(zhì)量。⑤動(dòng)靜環(huán)密封面的平面度要小于0.003mm，且不允許有崩邊、劃傷等現(xiàn)象。⑥機(jī)械密封安裝部位的軸套徑向跳動(dòng)在0.04mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)子的軸向串量在0.4mm以內(nèi)，密封腔體與軸的垂直度在0.1mm以內(nèi)，密封彈簧壓縮量應(yīng)為4～5mm。

4.2 動(dòng)環(huán)、靜環(huán)端面比壓的計(jì)算（PC）

（1）彈簧鋼度：

K1=GD/8nd3

式中：G為彈簧彈性模量；D為彈簧絲徑；n為靜環(huán)支撐彈簧

有效圈數(shù)；d為彈簧直徑

（2）彈簧工作負(fù)荷：

F=n1Kf1

式中：n1為靜環(huán)支撐彈簧個(gè)數(shù)；f1為壓縮量

（3）彈簧比壓：

p1=F/A

式中：A=靜環(huán)端面面積，A=17.427cm2

（4）載荷系數(shù)：

K=（d2

2-d0

2）（d22-d1

2）

式中：d1為靜環(huán)端面外徑；d2為靜環(huán)座內(nèi)徑；d0為靜環(huán)端面內(nèi)徑

（5）端面比壓：

PC=P1+P（K-E）

式中：P為壓力；E為液膜反壓系數(shù)

4.3 改進(jìn)措施

①動(dòng)環(huán)座在軸套上安裝時(shí)，通過(guò)頂絲定位在軸套上，動(dòng)環(huán)安裝的過(guò)程中嚴(yán)禁敲打和碰擊，以免機(jī)械密封副破損而造成密封失效。②機(jī)械密封彈簧壓縮量原為5～6mm?，F(xiàn)為4mm，以防止動(dòng)環(huán)、靜環(huán)壓縮比過(guò)大，導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。③機(jī)械密封彈簧材質(zhì)由316L改為鈦材，防止因腐蝕導(dǎo)致機(jī)械密封彈簧失效。

4.4 工藝操作注意事項(xiàng)

①工作液的液位必須調(diào)節(jié)正確或啟動(dòng)之后重新直接對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，必須確保泵吸排氣小腔內(nèi)無(wú)過(guò)多液體。②設(shè)備啟動(dòng)時(shí)要檢查運(yùn)轉(zhuǎn)情況，啟動(dòng)之后，要讀出壓力和流量的狀態(tài)值，確保密封不發(fā)生泄漏。③該真空泵轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)行工況惡劣。為了防止密封斷面摩擦過(guò)熱，采取冷卻方式，因此在該泵的日常運(yùn)行中，要加強(qiáng)冷卻水流量的檢查與維護(hù)，保證冷卻水的暢通，延長(zhǎng)機(jī)械密封使用壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)液環(huán)真空泵以上幾個(gè)方面問(wèn)題的改進(jìn)，收到了巨大成效，機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象基本得到解決，提高了裝置的穩(wěn)定性與安全性，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)能效果相當(dāng)顯著，到目前為止，未發(fā)生任何故障，減少了大量的檢修費(fèi)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。