輸油主泵機(jī)械密封失效對(duì)策研究

吳信民

[摘 要]本文主要基于筆者多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)圍繞于輸油主泵機(jī)械密封失效的原因及其解決對(duì)策展開(kāi)研究，以供廣大同行參考。

[關(guān)鍵詞]輸油主泵；機(jī)械密封；密封失效；原因；解決對(duì)策

中圖分類(lèi)號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）17-02817-01

一、機(jī)械密封工作原理及其特點(diǎn)概述

機(jī)械密封的工作原理是軸間與旋轉(zhuǎn)環(huán)構(gòu)成極薄的液態(tài)膜，從而避免介質(zhì)發(fā)生泄漏，同時(shí)也使斷面變得更加潤(rùn)滑，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的密封。機(jī)械密封經(jīng)常被應(yīng)用在壓縮機(jī)、泵等。

就目前情況來(lái)看，泵的密封方式主要有以下兩種不同的方式：（1）軟填料密封。（2）機(jī)械密封。兩種不同的密封方式特點(diǎn)不同，適用于在不同的場(chǎng)合，在密封方式的選用，選擇正確的方式，可以降低成本，提高機(jī)械的運(yùn)行效果。比較機(jī)械密封與軟填料密封，前者具有以下優(yōu)點(diǎn)：①密封的可靠性更高，泵在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，密封狀態(tài)比較穩(wěn)定，泄漏量小。②壽命相對(duì)來(lái)說(shuō)更長(zhǎng)，在水、油等介質(zhì)中的使用壽命超過(guò)1年，即使在化工介質(zhì)中，其使用壽命長(zhǎng)度也可以超過(guò)半年。③維修周期長(zhǎng)，泵在運(yùn)行過(guò)程中，端面在發(fā)生磨損后，在一定范圍完成相應(yīng)的維修工作之后，泵的使用性能并不會(huì)發(fā)生明顯變化，仍然能夠滿足使用需求。④摩擦小，消耗功率小，依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，摩擦功率僅為軟填料密封的15%-55%。⑤具有良好的抗震性。

當(dāng)然機(jī)械密封與軟填料相比，并不是只有優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有缺點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，成本高，對(duì)零部件的加工有著較高的要求，并且要求工作人員在安裝與更換時(shí)的操作必須要合理，特別是要做好對(duì)緊急事故的處理。

二、輸油主泵機(jī)械密封失效原因分析

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)研究以及結(jié)合筆者工作實(shí)踐來(lái)看，導(dǎo)致輸油主泵機(jī)械密封失效的原因主要有以下幾方面：

1. 材料不合理

輸油主泵機(jī)械密封選材的材料不合理將會(huì)導(dǎo)致密封泄漏的出現(xiàn)。結(jié)合我在工作中遇到的實(shí)際情況來(lái)看，如果在發(fā)生泄漏時(shí)流出大量原油，而原油中所含的硫化氫具有較強(qiáng)腐蝕性，這就會(huì)造成機(jī)械的外部受到嚴(yán)重的腐蝕，從而導(dǎo)致破壞現(xiàn)象進(jìn)一步加劇。分析機(jī)械密封的維修記錄，由于密封件在應(yīng)用過(guò)程中存在摩擦情況，將會(huì)導(dǎo)致密封輔助圈遭受腐蝕、老化等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致密封泄露情的發(fā)生。從實(shí)際分析情況來(lái)看，密封泄漏與選材有著很大關(guān)系。因此，在選擇選用密封圈時(shí)，要考慮泵應(yīng)用周?chē)沫h(huán)境，泵所承受的壓力等各項(xiàng)因素，綜合考慮最終的選材。

2. 選型不當(dāng)

輸油主泵機(jī)械密封中，由于選型不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致端面遭受破壞。通常來(lái)說(shuō)，在輸油主泵機(jī)械密封中，密封的方式有單面密封、平衡性密封等多種不同的形式，在具體應(yīng)用個(gè)過(guò)程中，如果在選型上出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致端面的壓力，將會(huì)難以形成摩擦副間液膜，導(dǎo)致磨損情況變得更加嚴(yán)重，最終密封件在泵的運(yùn)行過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)變形情況，引起泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。如果壓力達(dá)不到要求，端面磨損無(wú)法得到補(bǔ)償，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)行出現(xiàn)打滑故障。

3.靜環(huán)因素

結(jié)合實(shí)踐來(lái)看，靜環(huán)因素也是導(dǎo)致輸油主泵機(jī)械密封失效的重要原因之一，根據(jù)筆者工作中對(duì)其檢修發(fā)現(xiàn)，將換下的機(jī)械密封解體發(fā)現(xiàn)很多主要部件都出現(xiàn)了靜環(huán)損壞。而進(jìn)一步檢查可知，靜環(huán)與靜環(huán)座配合處均出現(xiàn)“卡死”現(xiàn)象，用手按壓無(wú)明顯補(bǔ)償作用，輔助密封圈分解后有溶脹現(xiàn)象。而導(dǎo)致這一情況產(chǎn)生的原因在于石墨材質(zhì)的靜環(huán)摩擦力大與膠圈溶脹、靜環(huán)材質(zhì)及沖洗孔分布等而造成輸油主泵機(jī)械密封失效現(xiàn)象地產(chǎn)生。

4. 溫度變化因素

輸油主泵在應(yīng)用過(guò)程中，如果端面溫度的變化速率塊，或者溫差變化較大，產(chǎn)生熱變形，密封泄漏的幾率將會(huì)進(jìn)一步變大。通常來(lái)說(shuō)，為了避免泄露情況的發(fā)生，溫度的變化速率不應(yīng)當(dāng)超過(guò)1℃/min，溫度差的變化范圍應(yīng)當(dāng)控制在10℃之內(nèi)，為了避免由于溫度差變化速率過(guò)快，或者溫度差變化過(guò)大，而導(dǎo)致泄漏情況的發(fā)生，在具體處理過(guò)程中可以合理的采取冷凍措施。例如，某工程在具體生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)闇囟炔钭兓^(guò)大，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生裂紋，軸封的使用壽命很短，不足12d，和后來(lái)對(duì)材料進(jìn)行改變，選用耐溫差較大的材料，延長(zhǎng)使用壽命。

5. 其他因素

除了上述4方面原因外，導(dǎo)致輸油主泵機(jī)械密封失效的原因還有諸如加工精度較低、安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)等。以加工精度較低為例，機(jī)械密封端面粗糙度和整體形狀誤差對(duì)其性能有較大影響。實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)械密封在絕大多數(shù)工況下處于混合摩擦狀態(tài)，其彈簧壓力和密封介質(zhì)壓力形成的總的外部載荷由密封端面間的液膜壓力和微凸體接觸共同承擔(dān)，潤(rùn)滑區(qū)存在由液膜黏性剪切引起的摩擦力，微凸體接觸區(qū)存在由微凸體變形引起的邊界摩擦力甚至干摩擦力，從而導(dǎo)致輸油主泵機(jī)械密封因密封零件磨損而出現(xiàn)失效。

三、 輸油主泵機(jī)械密封失效解決對(duì)策探究

1. 注重選材，降低泄漏幾率

在選材上，通常利用通過(guò)保護(hù)層避免腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，利用保護(hù)層將機(jī)械密封金屬與接觸液（稀硝酸和己二酸的混合溶液）相隔離，阻止腐蝕情況的發(fā)生。碳化硅是一種強(qiáng)度高，密度低等優(yōu)點(diǎn)，同其他抗腐蝕材料相比，耐高溫強(qiáng)度更強(qiáng)，但是由于材料比較脆，因此在具體應(yīng)用中容易發(fā)生斷裂情況。合金鋼是在鋼中除了碳元素和鐵元素之外，加入其他元素，改善合金鋼的性能。合金鋼具有韌性高，強(qiáng)度高，耐高溫等優(yōu)秀的性質(zhì)，但是其與碳化硅材料相比，工藝更加復(fù)雜，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要依據(jù)具體環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性選擇。通過(guò)合理的材料，控制泄漏情況的發(fā)生。此外，我們還應(yīng)特別做好靜環(huán)的選材工作。比如當(dāng)前許多靜環(huán)設(shè)計(jì)中采用石墨材質(zhì)較軟，這就導(dǎo)致其在沖洗液壓力較高（6.0～7.0MPa）的情況下，靜環(huán)側(cè)面很快出現(xiàn)的缺口，為此，筆者認(rèn)為應(yīng)根據(jù)國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的機(jī)械密封設(shè)計(jì)，將靜環(huán)的材質(zhì)升級(jí)，改用碳化硅材料來(lái)制作，提高靜環(huán)的強(qiáng)度。

2. 動(dòng)環(huán)密封圈的控制

密封圈的原材要依據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的材質(zhì)，同時(shí)需要注意，動(dòng)環(huán)密封圈不能過(guò)緊，這主要因?yàn)槿绻麆?dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊，將會(huì)增加軸套與密封圈之間的摩擦，導(dǎo)致泄漏情況的發(fā)生。與此同時(shí)，如果動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊，將會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)阻力加大，在泵運(yùn)行過(guò)程中，如果工況變得復(fù)雜，無(wú)法及時(shí)調(diào)節(jié)。此外，動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊容易導(dǎo)致彈簧出現(xiàn)疲勞，導(dǎo)致彈簧損壞，并且動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊也容易導(dǎo)致自身出現(xiàn)變形，影響密封效果，引起泄漏。

3. 靜環(huán)沖口設(shè)計(jì)以及密封圈壓縮量?jī)?yōu)化

首先，改造靜環(huán)座的設(shè)計(jì)，將沖洗口調(diào)整到靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的結(jié)合面，沖洗液在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)能更均勻地分布，每一個(gè)部位都承受沖洗力，這樣的分布才更合理，能有效緩解液體直接沖刷。其次，石墨靜環(huán)孔隙大，與橡膠圈接觸面粗糙，因此工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，同時(shí)，在輸油過(guò)程中密封圈會(huì)產(chǎn)生一定程度的溶脹（體積溶脹<5%），摩擦力被進(jìn)一步放大，使彈簧無(wú)法將靜環(huán)頂起實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能，考慮到膠圈的溶脹，返修密封壓蓋，將靜環(huán)處密封圈壓縮量由12.7%調(diào)整至11.3%。

4. 其他因素解決對(duì)策

針對(duì)諸如加工精度較低以及安裝質(zhì)量不過(guò)關(guān)而導(dǎo)致輸油主泵機(jī)械密封失效，筆者認(rèn)為可以從以下兩方面著手：首先，企業(yè)必須在充分結(jié)合自身工作實(shí)際做好輸油泵機(jī)械密封的采購(gòu)工作，即嚴(yán)格根據(jù)精度要求編制招標(biāo)文件，隨后采購(gòu)精度符合要求的機(jī)械密封。其次，嚴(yán)格規(guī)范輸油主泵安裝。為此，我們需要制定出輸油主泵規(guī)范化安裝操作流程，并加強(qiáng)安裝過(guò)程中的監(jiān)督工作，以此確保輸油主泵實(shí)現(xiàn)良好的安裝質(zhì)量。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，輸油主泵機(jī)械密封在具體運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)失效現(xiàn)象。這不僅會(huì)對(duì)泵的運(yùn)行造成影響，還有可能會(huì)引發(fā)安全事故，因此必須要層層把關(guān)，針對(duì)輸油主泵機(jī)械密封過(guò)程中出現(xiàn)失效的原因采取相應(yīng)的解決對(duì)此，以此確保輸油主泵機(jī)械密封的安全性。

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