淺談多級離心泵機(jī)械密封故障原因分析與處理方法

賈冬生 閆 磊

（寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

淺談多級離心泵機(jī)械密封故障原因分析與處理方法

賈冬生 閆 磊

（寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

針對某化工企業(yè)某臺多級離心泵的故障原因進(jìn)行了分析。從機(jī)械密封、裝配精度以及實(shí)際運(yùn)行情況等方面入手，對長期易損壞問題進(jìn)行了多角度分析。通過分析對比，找出了影響機(jī)泵運(yùn)行周期和機(jī)械密封使用壽命短的主要原因，制定了相應(yīng)處理措施，提高了機(jī)械密封的使用壽命，間接提高了機(jī)泵運(yùn)行的周期，達(dá)到了良好的效果。

多級離心泵；機(jī)械密封；故障分析

1 問題的提出

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，機(jī)泵的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，尤其在化工行業(yè)，各種形式機(jī)泵的使用非常廣泛。多級離心泵的使用在化工行業(yè)中起著非常重要的作用，多用于鍋爐給水泵等大流量、高壓力的工作環(huán)境中。但是在多級離心泵在運(yùn)行的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障，影響機(jī)泵的長周期運(yùn)行，其中一個(gè)非常常見的故障便是機(jī)械密封的損壞。某化工企業(yè)激冷水泵產(chǎn)自瑞士蘇爾壽公司，自投入使用以來，運(yùn)行一直不穩(wěn)定，機(jī)封更換頻繁，導(dǎo)致成本過高、生產(chǎn)不穩(wěn)定。[1]本文根據(jù)機(jī)泵運(yùn)行實(shí)際情況，對該離心泵機(jī)械密封進(jìn)行故障分析，并制定了相對應(yīng)的處理措施。

表1 多級泵運(yùn)行故障類型統(tǒng)計(jì)

2 機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)與原理

機(jī)械密封是一種利用流體自身壓力和彈性補(bǔ)償單元的旋轉(zhuǎn)軸端密封裝置。常用于離心泵、離心機(jī)、壓縮機(jī)等機(jī)械行業(yè)設(shè)備之中，起到防止內(nèi)部液體向外部泄露的作用。機(jī)械密封的主要組成零部件有動環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈和軸套等，[2]如圖1所示。

圖1 機(jī)械密封的組成

3 機(jī)械密封故障原因分析

通過對機(jī)泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，對故障原因進(jìn)行分析總結(jié)，并對各種類型的機(jī)械故障做了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)，從不同角度分析原因，找到影響機(jī)泵故障的主要因素。如圖2所示，綜合各種機(jī)械故障，對故障原因進(jìn)行分析。

圖2 機(jī)泵機(jī)械故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.1 機(jī)械密封冷卻水水質(zhì)

初始設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證機(jī)封冷卻水的溫度降低，降溫裝置設(shè)計(jì)為中間換熱器冷卻，使冷卻水的溫度達(dá)到要求。換熱器是通過管程和殼程不同溫度的介質(zhì)進(jìn)行熱量交換，達(dá)到降溫的作用，[3]換熱器如圖3所示。

可是在機(jī)泵的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，流動的介質(zhì)為灰水（即充滿雜質(zhì)顆粒的煤漿污水），經(jīng)常導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部管束堵塞，造成參加換熱面積的管束減少，直接導(dǎo)致了換熱面積的減小，使冷卻器的換熱效果下降，回流進(jìn)入機(jī)械密封的冷卻水溫度變高，造成動靜環(huán)之間冷卻效果降低，機(jī)械密封動環(huán)和靜環(huán)之間溫度升高，磨損加劇。動靜環(huán)之間磨損的加劇，使動靜環(huán)溫度繼續(xù)升高，整個(gè)形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致機(jī)封磨損、偏磨，甚至碎裂和損壞，使機(jī)械密封的作用失效，機(jī)泵內(nèi)部介質(zhì)外泄。

圖3 機(jī)封冷卻水換熱器

3.2 機(jī)械密封設(shè)計(jì)缺陷

該機(jī)泵的機(jī)械密封在選用的過程中，選擇了多彈簧式機(jī)械密封，如圖4所示，這種機(jī)械密封的特點(diǎn)就是補(bǔ)償機(jī)構(gòu)由多個(gè)彈簧組成的，受力分布相對均勻，但是也會存在很多的問題。

圖4 多彈簧型式的機(jī)械密封

由于機(jī)泵內(nèi)部介質(zhì)為灰水，經(jīng)常造成機(jī)械密封內(nèi)部堵塞，尤其在彈簧間和動靜環(huán)之間積垢問題嚴(yán)重，同時(shí)彈簧絲直徑較細(xì)，容易發(fā)生腐蝕，造成彈簧不發(fā)生作用，失去自動補(bǔ)償?shù)淖饔谩Ｍ瑫r(shí)，由于每個(gè)彈簧的結(jié)垢程度不同，彈簧補(bǔ)償距離不均衡，造成動靜環(huán)傾斜，發(fā)生偏磨現(xiàn)象，使機(jī)械密封的泄露更加嚴(yán)重。機(jī)械密封損壞如圖5所示。

圖5 機(jī)械密封動靜環(huán)碎裂情況

3.3 泵體振動大

機(jī)泵的運(yùn)行過程中，根據(jù)每日定期巡檢記錄運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)機(jī)泵會發(fā)生較大的振動，超出正常運(yùn)行的范圍。經(jīng)過運(yùn)行參數(shù)的分析和現(xiàn)場的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)振動大的主要原因有三個(gè)。

首先，由于灰水介質(zhì)顆粒大，容易堵塞，所以在入口濾網(wǎng)處，較大的灰水顆粒阻擋了灰水介質(zhì)進(jìn)入機(jī)泵內(nèi)部進(jìn)行工作，造成機(jī)泵大量不足，產(chǎn)生較大的振動，甚至發(fā)生氣蝕，嚴(yán)重時(shí)造成機(jī)泵葉輪的變形和口環(huán)的磨損。

其次，原因是機(jī)械密封泄露時(shí)，軸承箱容易進(jìn)水，而軸承箱沒有對軸承進(jìn)行有效的保護(hù)措施，軸承容易混進(jìn)水，造成軸承的損壞，振動加劇，如圖6所示。

圖6 軸承箱進(jìn)水造成軸承燒損

最后，是平衡鼓的磨損，平衡鼓磨損后，整個(gè)機(jī)泵軸向的平衡作用被破壞，平衡鼓起不到平衡軸向力的作用，造成推力軸承受力較大，軸負(fù)荷升高，機(jī)泵振動加劇，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生機(jī)泵損壞。

3.4 葉輪及口環(huán)變形

由于機(jī)泵運(yùn)行不穩(wěn)定，振動大，軸向負(fù)荷大，平衡鼓作用不穩(wěn)定，造成機(jī)泵內(nèi)部損壞嚴(yán)重，最常見的現(xiàn)象就是葉輪的變形和葉輪口環(huán)的磨損，使口環(huán)間隙增大且不平衡。通過對口環(huán)的重新加工，可以改善口環(huán)間隙的要求，但是會出現(xiàn)一些問題，由于葉輪口環(huán)與殼體口環(huán)相互配合，雖然間隙值通過加工達(dá)到要求，但是會出現(xiàn)葉輪口環(huán)和殼體口環(huán)不同心的現(xiàn)象，如圖7所示。

圖7 葉輪口環(huán)同心度情況對比

4 故障處理方法

4.1 機(jī)械密封冷卻水改造

由于中間換熱器容易造成堵塞，所以取消密封冷卻水中間換熱器，由泵第二級引出管線對機(jī)械密封直接供水（灰水溫度為50℃-70℃），保證了密封冷卻水的足量和穩(wěn)定，可以保證機(jī)封動靜環(huán)之間的供水充足，同時(shí)可以在一定從程度上增強(qiáng)機(jī)封的冷卻能力。[4]

4.2 機(jī)械密封型式的改造

機(jī)封型式采用了多彈簧式，容易造成彈簧結(jié)構(gòu)，失去自動補(bǔ)償能力，造成偏斜磨損，使機(jī)封損壞。所以改變機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，將多彈簧式改為單彈簧式，提高機(jī)械密封的彈性補(bǔ)償能力，克服彈簧積垢造成的損壞，如圖8所示。同時(shí)舊式機(jī)封外端采取緊定螺釘固定，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易發(fā)生松動，導(dǎo)致機(jī)械密封壓縮量變化。新改進(jìn)的機(jī)封改為兩端固定限位式，防止機(jī)封壓縮量改變，保障了動靜環(huán)之間的良好運(yùn)行。

圖8 單彈簧式機(jī)械密封

4.3 機(jī)泵口環(huán)的精配

針對同心度加工精度不高和灰水介質(zhì)易對口環(huán)造成磨損的問題，通過不斷試驗(yàn)，對口環(huán)間隙進(jìn)行多次測量和復(fù)核，在不影響打量的前提下，適當(dāng)放大口環(huán)、平衡鼓間隙值，將殼體口環(huán)內(nèi)徑擴(kuò)大，保證口環(huán)、平衡鼓相配合時(shí)不發(fā)生剮蹭。較大的口環(huán)間隙，也可保證灰水不堵塞口環(huán)。同時(shí)，平衡鼓材質(zhì)由銅改為鋼，增強(qiáng)耐磨性。表2為檢修后各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的改進(jìn)情況。

5 結(jié)論

通過對機(jī)泵運(yùn)行故障的原因分析與處理，使機(jī)泵運(yùn)行周期得到了明顯的提高，性能的提高主要有以下幾個(gè)方面。

第一，機(jī)泵運(yùn)行過程中，兩端軸承振動情況有了明顯的改善，基本維持在機(jī)泵設(shè)計(jì)振值要求范圍內(nèi)，如表3所示。

第二，機(jī)泵在輸送介質(zhì)的過程中，流量輸出僅僅設(shè)計(jì)值，并且保持穩(wěn)定，表面口環(huán)間隙的調(diào)整未影響機(jī)泵的打量情況，保證了機(jī)泵穩(wěn)定的流量輸出，流量監(jiān)測如表4所示。

第三，機(jī)泵運(yùn)行平穩(wěn)，軸承溫度正常，潤滑有溫度正常，未出現(xiàn)異常現(xiàn)象，軸承溫度監(jiān)測情況如圖9所示。

表2 機(jī)泵各部間隙改進(jìn)情況

表3 機(jī)泵振動值監(jiān)測

表4 機(jī)泵流量值監(jiān)測

圖9 機(jī)泵軸承溫度監(jiān)測情況

從之前的一個(gè)月更換一次機(jī)械密封，降低到六個(gè)月更換一次，大幅度地提高了機(jī)械密封的使用壽命。同時(shí)對后期機(jī)械密封的改進(jìn)采取了進(jìn)一步的舉措，將中壓鍋爐給水泵的清凈水引入機(jī)械密封，可以很大改善機(jī)封的使用工況，保證機(jī)泵長周期滿負(fù)荷運(yùn)行。

[1]王敏，趙睿.高溫泵機(jī)械密封失效分析與改進(jìn)[J].石油化工設(shè)備，2009，（6）.

[2]張巍，潘立斌，張旭東.離心泵機(jī)械密封的選用[J]. 石油化工設(shè)備，2007，（3）.

[3]顧永泉.流體動密封[M].東營:石油大學(xué)出版社,1990.

[4]李現(xiàn)國,龍珍珠.渣漿泵填料密封改造為機(jī)械密封的研究[J]. 潤滑與密封，2016，（7）.

【責(zé)任編輯：黃素華】

Analysis and Treatment of Mechanical Seal Failure in M ulti Stage Centrifugal Pump

JIA Dong-sheng YAN Lei
（Ningxia Polytechnic， Ningxia 750021，China）

In this paper,the failure causes of a multilevel centrifugal pump in a chemical enterprise are analyzed.An analysis of the problem of long term damage is conducted from the mechanical seal,assembly precision and the actual operation and so on.Through the analysis and comparison,themain factors affecting the operation cycle of the pump and the short service life of themechanical seal are found out,and some correspondingmeasures are taken,thus the service life of themechanical seal being improved,the cycle of the pump operation increased and the good effect achieved.

multilevel centrifugal pump;mechanical seal;failure analysis

TH311

A

1671-9565（2016）03-090-04

2016-08-19

賈冬生（1964-），男，甘肅甘谷人，寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院副研究員，主要從事機(jī)械制造及其自動化方面研究；

閆磊（1987-），男，山西太原人，寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電氣技術(shù)系助理工程師，主要從事機(jī)械工程方面研究。