離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)失效原因與維修改造可行性建議

祁剛

摘 要：各種離心泵故障中，機(jī)械密封泄漏所占的比例較大。分析了引起機(jī)械密封失效的各種因素，闡述了機(jī)械密封失效的原因，并針對(duì)失效原因提出了消除措施和改進(jìn)措施，從而提高改造效果。

關(guān)鍵詞：離心泵;密封失效;消除

1.前言

從1885年英國第一個(gè)端密封專利的問世到2000年非接觸式機(jī)械密封的問世，機(jī)械密封在泵端密封中的應(yīng)用越來越廣泛。與傳統(tǒng)填料密封相比，機(jī)械密封具有密封性能好、壽命長、耐壓高、降低能耗和環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)和原理

1.1機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封又稱端面密封，是指至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面。在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和輔助密封件的彈力（或磁力）的作用下，它們保持彼此靠近并相對(duì)滑動(dòng)以防止流體泄漏。

1.2機(jī)械密封的輔助設(shè)施

機(jī)械密封輔助設(shè)施是許多部件的統(tǒng)稱，其作用是改善機(jī)械密封的工作環(huán)境，提高密封效果。包括一系列的相關(guān)旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)零部件和機(jī)械密封沖洗管道等。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體情況選擇合適的設(shè)施。在所有的輔助設(shè)施中，最重要的是沖洗設(shè)施。對(duì)于沖洗液的過濾和分離，通常使用過濾器和水力旋流器。

1.3機(jī)械密封失效的機(jī)理

安裝靜態(tài)試漏。機(jī)械密封安裝調(diào)試完畢后，必須進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，通過觀察泄漏情況來分析泄漏原因。如果泄漏量很小，多是動(dòng)或靜環(huán)密封的問題;當(dāng)泄漏量較大時(shí)，說明動(dòng)靜環(huán)摩擦副之間存在問題。在初步觀察泄漏和判斷泄漏位置的基礎(chǔ)上，通過手動(dòng)盤車來進(jìn)行觀察。如果泄漏量無明顯變化，則為靜環(huán)和動(dòng)環(huán)密封有問題;如果曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)泄漏量變化明顯，則可以斷定是動(dòng)靜環(huán)摩擦副有問題;如果泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則多為動(dòng)環(huán)密封問題。如果泄漏介質(zhì)噴灑或從水冷孔泄漏，則靜環(huán)密封大多無效。此外，也可能同時(shí)存在多個(gè)泄漏通道，但一般有主次之分，通常維修人員都會(huì)關(guān)注到主要的泄漏通道，而忽略不太明顯的泄漏通道。此時(shí)就需要仔細(xì)觀察，熟悉結(jié)構(gòu)，做出正確判斷，找出所有的泄漏通道。

2.運(yùn)行過程中的泄漏分析

導(dǎo)致連續(xù)密封泄漏的原因有很多，主要集中表現(xiàn)在密封端面，如端面變形不均勻、端面有裂紋等。端面比壓過大、摩擦熱引起的熱變形、安裝時(shí)零件受力不均等等情況都會(huì)造成連續(xù)密封泄漏的發(fā)生;工作介質(zhì)中的顆粒物在運(yùn)行時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)縫隙中，擦傷動(dòng)、靜環(huán)密封端面;動(dòng)環(huán)或靜環(huán)密封圈與軸的垂直誤差過大;輔助密封問題，如輔助密封在安裝過程中被壓壞或劃傷等，彈簧偏心、比壓過小或彈簧失效等等情況都會(huì)造成連續(xù)密封泄漏的發(fā)生;防轉(zhuǎn)銷末端不支撐防轉(zhuǎn)槽;軸振動(dòng)過大;泵葉輪軸向運(yùn)動(dòng)超標(biāo)、工藝運(yùn)行不穩(wěn)定、密封腔內(nèi)壓力變化頻繁等，都會(huì)造成密封周期性泄漏情況的發(fā)生;密封圈處軸套表面有軸向槽、凹坑或腐蝕。突然泄漏主要是由幾個(gè)因素造成的。例如，設(shè)備振動(dòng)劇烈，摩擦副被泵出損壞;防轉(zhuǎn)銷脫落或傳動(dòng)銷斷裂;安裝錯(cuò)誤或不符合要求。重新運(yùn)行泄漏也是機(jī)械密封失效的常見形式。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)在停止使用一段時(shí)間后重啟也十分可能會(huì)漏水。這主要是由于摩擦副附近介質(zhì)凝固結(jié)晶、摩擦副上結(jié)垢、堵塞和失去彈性造成的。根據(jù)研究分析得出的數(shù)據(jù)顯示，操作不規(guī)范是導(dǎo)致機(jī)械密封失效的主要因素，約占42%。為了盡量減少機(jī)械密封失效的發(fā)生，必須嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行安裝、檢查、維護(hù)和清洗。養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，保證機(jī)械密封的正常運(yùn)行。

3.消除機(jī)械密封失效的措施

3.1消除安裝調(diào)試的振動(dòng)源

泵、電機(jī)、底座、現(xiàn)場(chǎng)管道等輔助設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格檢查;應(yīng)嚴(yán)格檢查現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、操作、維護(hù)和調(diào)整;應(yīng)提高泵的抗汽蝕性能水平，以滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝的汽蝕性能要求。在泵產(chǎn)品的制造和裝配過程中，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，盡量減少裝配過程中的人為因素對(duì)于裝配精度的影響，因?yàn)檠b配精度將對(duì)泵的使用壽命產(chǎn)生非常大的影響;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)裝置的要求應(yīng)與泵的汽蝕性能等級(jí)相匹配;現(xiàn)場(chǎng)安裝和調(diào)整工況應(yīng)為泵創(chuàng)造有利條件;在泵產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，要充分分析振動(dòng)源，消除振動(dòng)源。

3.2重選機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

針對(duì)輸送泵密封在使用過程中過早失效，車間管理人員應(yīng)該與廠家技術(shù)人員進(jìn)行充分的溝通，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查和局部尺寸測(cè)量后，確定可采用集裝式機(jī)械密封代替原廠。與普通雙端面機(jī)械密封相比，集裝式機(jī)械密封具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、密封件在出廠前由廠家全部組裝好，并進(jìn)行動(dòng)、靜壓試驗(yàn)，確保備件合格并且不會(huì)在工廠發(fā)生泵啟動(dòng)時(shí)泄漏的問題。2、安裝過程中，維修人員無需調(diào)整尺寸，只需擰緊密封箱上的四個(gè)螺栓，降低了對(duì)工人技術(shù)水平的要求，減少了人為安裝誤差，從而大大降低了因維修人員裝配技術(shù)水平差異對(duì)泵的性能和使用壽命產(chǎn)生的影響。3、彈簧的壓縮量由制造商在出廠前根據(jù)實(shí)際工況計(jì)算。定位機(jī)構(gòu)用于保證彈簧的壓縮量，使密封件能在設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行，可以提高密封件的使用壽命。4、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于運(yùn)輸，減少了運(yùn)輸過程中密封件損壞的可能性。

在開始測(cè)試之前，保持密封腔內(nèi)充滿液體。利用蒸汽加熱密封腔，使介質(zhì)熔化。對(duì)于采用泵外油封系統(tǒng)的機(jī)械密封，應(yīng)先啟動(dòng)油封系統(tǒng)。熱油泵停機(jī)后，不能立即停止油封腔和端封內(nèi)的冷卻水。端封油溫降至80度以下時(shí)應(yīng)停止冷卻水，以免損壞密封件。如果泵啟動(dòng)后有輕微泄漏，應(yīng)觀察一段時(shí)間。如果連續(xù)運(yùn)行4小時(shí)后泄漏量仍未減少，則應(yīng)停泵檢查。泵的工作壓力應(yīng)穩(wěn)定，壓力波動(dòng)不超過101kPa。泵在運(yùn)行過程中，應(yīng)避免抽空，以免密封面干摩擦，損壞密封;應(yīng)經(jīng)常檢查密封情況。運(yùn)行時(shí)，當(dāng)泄漏超標(biāo)時(shí)，重油不超過5滴/分鐘，輕油不超過9滴/分鐘。若1-2天內(nèi)無改善趨勢(shì)，應(yīng)停泵檢查密封裝置。

輸送泵維修過程中，機(jī)械密封的現(xiàn)場(chǎng)安裝由維修人員完成，容易出現(xiàn)以下問題：（1）安裝過程中，機(jī)械密封受壓受人為因素影響，如維修人員的安裝經(jīng)驗(yàn)和操作技能等都會(huì)對(duì)機(jī)械密封效果產(chǎn)生影響。（2）動(dòng)、靜環(huán)密封與軸套配合不好，容易對(duì)機(jī)械密封的效果產(chǎn)生影響，造成泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。（3）現(xiàn)場(chǎng)安裝條件有限，容易造成泵啟動(dòng)時(shí)顆粒雜質(zhì)進(jìn)入動(dòng)、靜環(huán)密封端面，對(duì)機(jī)械密封斷面造成磨損，加大斷面間隙，造成泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。（4）制造商難以在出廠前做到壓力試驗(yàn)覆蓋率100%。即使對(duì)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了壓力測(cè)試，也不能保證現(xiàn)場(chǎng)安裝后密封不會(huì)泄漏，因?yàn)檫\(yùn)輸途中的顛簸震動(dòng)可能會(huì)對(duì)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、強(qiáng)度等產(chǎn)生影響。另外，輸送泵是間歇運(yùn)行，頻繁啟停也很容易引起泵抽真空或氣蝕等異?，F(xiàn)象。這些問題很可能導(dǎo)致密封件泄漏和過早失效。

3.3機(jī)械密封參數(shù)的確定

確定機(jī)械密封結(jié)構(gòu)類型后，根據(jù)介質(zhì)確定材料等重要參數(shù)。考慮到膠體材料中含有少量硬質(zhì)雜質(zhì)顆粒，動(dòng)環(huán)仍采用硬度高、磨損系數(shù)低的硬質(zhì)合金，靜環(huán)采用無壓燒結(jié)碳化硅代替原碳石墨。這兩種材料組成的摩擦副非常適用于含有顆粒的環(huán)境，并具有性價(jià)比高、使用壽命長的特點(diǎn)。密封圈采用耐高溫氟橡膠，墊片采用聚四氟乙烯，金屬采用304不銹鋼?？紤]到泵的高速運(yùn)轉(zhuǎn)和端面比壓的穩(wěn)定性的雙方壓力，仍采用多彈簧結(jié)構(gòu)，平衡系數(shù)和端面比壓機(jī)械密封根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況重新計(jì)算。 并選擇合理的值來確定彈簧的參數(shù)，由此可以對(duì)機(jī)械密封的參數(shù)做出一個(gè)比較優(yōu)化的解決方案。

結(jié)束語：在處理離心泵機(jī)械密封泄漏時(shí)，必須結(jié)合系統(tǒng)工況特點(diǎn)，仔細(xì)觀察密封元件的損壞形式和痕跡，不斷探索和總結(jié)機(jī)械密封失效的原因。并且形成可快速追溯的記錄。隨著材料和制造技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械密封的可靠性有了很大的提高。如果機(jī)械密封結(jié)構(gòu)能夠選擇得當(dāng)，安裝準(zhǔn)確，保養(yǎng)得當(dāng)，機(jī)械密封可以長期穩(wěn)定運(yùn)行。

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