機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致泄漏分析及處理

王 智， 林艷君

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

引 言

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的逐漸調(diào)整，單級懸臂泵產(chǎn)品發(fā)展前景越來越廣泛，尤其在石油化工領(lǐng)域、金屬領(lǐng)域、熱力學(xué)領(lǐng)域等方面的應(yīng)用越來越廣泛。以機(jī)械密封作為軸端密封產(chǎn)品成為了目前我國軸端密封產(chǎn)品發(fā)展的主要方向。從機(jī)械密封工作原理流程入手，對其性能進(jìn)行分析完善，是提高機(jī)械密封工作穩(wěn)定性、工作可靠性、安全性的關(guān)鍵。單級懸臂泵產(chǎn)品的機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致泄漏是在實際泵類機(jī)械密封應(yīng)用中常見的一種問題，為了進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械密封工作的密封性、可靠性，在其技術(shù)優(yōu)化和改革的過程中必須從該角度出發(fā)對其進(jìn)行完善。

1 機(jī)械密封原理及其分類

1.1 機(jī)械密封密封原理

機(jī)械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。單端面機(jī)械密封原理圖，如圖1所示。機(jī)械密封的正常運(yùn)行是有條件的，例如：泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓；泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件，再加上良好的機(jī)械密封自身性能，才能達(dá)到理想的密封效果。

1.2 機(jī)械密封的分類

按密封端面的對數(shù)可分為單端面機(jī)械密封、雙端面機(jī)械密封和多端面機(jī)械密封；按機(jī)械密封的安裝形式可分為非集裝式機(jī)械密封、集裝式機(jī)械密封、假集裝式機(jī)械密封。

圖1 單端面機(jī)械密封原理圖

2 機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致泄漏原因

2.1 緊定螺釘擰緊力矩不夠，傳動環(huán)松動，失效

機(jī)械密封的密封過程中必須保障軸套傳動環(huán)、緊定螺釘?shù)牡木o固力，利用機(jī)械密封軸套傳動環(huán)的定位控制完成對整個機(jī)械密封工作的開展。而在實際使用操作中發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏的一個重要因素就是軸套發(fā)生軸向移位。就軸套傳動環(huán)定位而言，如果在運(yùn)行過程中無法保障機(jī)械密封軸套在軸線上的相對固定位置，就會導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)械密封無法正常工作的現(xiàn)象。對于緊定螺釘而言，如果在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)緊定螺釘松動或緊固不到位就會導(dǎo)致軸套傳動環(huán)松動進(jìn)而導(dǎo)致軸套回縮，出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏的問題。

2.2 緊定螺釘、傳動環(huán)所選擇材料不對

從機(jī)械密封軸套傳動環(huán)及緊定螺釘自身的原因入手，對機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致泄漏的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在整個機(jī)械密封工作過程中如果軸套出現(xiàn)移位、傳動環(huán)及緊定螺釘松動位移等問題，均會產(chǎn)生機(jī)械密封泄漏的問題。經(jīng)過實踐檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封工作的過程中傳動環(huán)緊定螺釘發(fā)生松動，但是在整個機(jī)械密封的安裝過程中，均按機(jī)械密封安裝技術(shù)要求執(zhí)行，則表示了機(jī)械密封軸套傳動環(huán)自身的設(shè)備出現(xiàn)了問題，進(jìn)而使得出現(xiàn)機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致的泄漏問題。因此，從該角度出發(fā)能夠看出由于傳動環(huán)、緊定螺釘材料等因素均是其產(chǎn)生機(jī)械密封軸套回縮的主要原因之一。

2.3 緊定螺釘強(qiáng)度不夠、數(shù)量不滿足要求

通過進(jìn)一步對機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致泄漏原因進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)其緊定螺釘材料強(qiáng)度的選擇與加工技術(shù)要求未達(dá)標(biāo)也是影響緊定螺釘加工質(zhì)量的主要問題之一。根據(jù)實際機(jī)械密封傳動環(huán)緊定螺釘加工技術(shù)而言，首先，在選擇材料材質(zhì)方面上如果材料選擇不恰當(dāng)，緊定螺釘強(qiáng)度不夠，則會產(chǎn)生緊定螺釘無法達(dá)到預(yù)緊力的目的，造成機(jī)械密封運(yùn)行過程中軸套緩慢回縮，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏的問題；其次，緊定螺釘數(shù)量不滿足要求，在運(yùn)行工況下無法將軸套緊緊鎖于泵軸上，則會出現(xiàn)機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致泄漏的問題，嚴(yán)重影響軸套的緊固效果。

2.4 單級懸臂泵設(shè)備抽空

單級懸臂泵突然抽空時，泵腔內(nèi)瞬時呈負(fù)壓狀態(tài)。若機(jī)械密封的軸套傳動環(huán)緊定螺釘頂不住這個軸向力，則動環(huán)、軸套就會一起作軸向位移。此時軸套傳動環(huán)就會脫離原來固定位置，并在軸向力作用下產(chǎn)生軸向移動。當(dāng)抽空停止時，軸套不能恢復(fù)到原先的配合位置，于是動、靜環(huán)之間的比壓變小，由于動環(huán)壓緊力不夠而破壞了密封。泵發(fā)生汽蝕時，抽空就較為多見，對于此類單級懸臂泵的機(jī)械密封必須考慮到防抽空破壞的措施。

2.5 單級懸臂泵振動大

振動偏大的原因往往不是機(jī)械密封本身的原因，泵的其它零部件是產(chǎn)生振動的根源，如泵軸設(shè)計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大等原因，如果機(jī)械密封長期運(yùn)行于振動偏大的環(huán)境中，可能會導(dǎo)致傳動環(huán)緊定螺釘?shù)乃蓜?，從而造成軸套回縮，導(dǎo)致機(jī)械密封性差而發(fā)生泄漏。

3 機(jī)械密封軸套回縮處理對策

3.1 定期維護(hù)保養(yǎng)

機(jī)械密封的使用壽命長短，很大程度上取決于端面比壓和PV值選取的是否合理，也有機(jī)泵本身的諸多因素，如：對機(jī)械密封冷卻沖洗系統(tǒng)進(jìn)行清洗，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)；對機(jī)泵的軸或軸套的跳動值進(jìn)行檢測(φ16～φ50軸跳動值≤0.09，φ55～φ120軸跳動值≤0.06)，不合適進(jìn)行調(diào)整更換；檢測轉(zhuǎn)子工作的串量必須<0.5 mm，否則進(jìn)行調(diào)整；對機(jī)械密封的緊固部位進(jìn)行復(fù)查緊固，尤其軸套傳動環(huán)定位部位；以上對機(jī)械密封不利因素，我們在日常操作維護(hù)時應(yīng)盡力克服。維護(hù)項目包括設(shè)備檢修完的緊固確認(rèn)、暖泵后的熱緊、起機(jī)前的檢查、切泵后的維護(hù)檢查。

3.2 使用高強(qiáng)度螺栓，增加緊定螺釘數(shù)量

為了保證機(jī)械密封的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性，在機(jī)械密封軸套傳動環(huán)緊定螺釘選用時根據(jù)設(shè)備運(yùn)行工況適當(dāng)選用高強(qiáng)度螺栓，必要時增加緊定螺釘數(shù)量(對稱增加螺釘數(shù)量)，在機(jī)械密封安裝傳動環(huán)時按緊定螺釘力矩要求進(jìn)行緊固，用來克服機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏的問題。

3.3 更改機(jī)械密封軸套形式

為了杜絕機(jī)械密封軸套回縮的問題，可將機(jī)械密封軸套與副軸套加工為整體式，依靠葉輪螺母壓緊機(jī)械密封軸套，從而取代了機(jī)械密封由傳動環(huán)緊固軸套的方式固定，優(yōu)化了機(jī)械密封軸套的定為方式，徹底解決機(jī)械密封由于軸套回縮導(dǎo)致泄漏的問題。

如圖2所示，機(jī)械密封整體式軸套長度為：l=a+b+c。

圖2 主、副軸套分布圖

3.4 優(yōu)化機(jī)械密封軸套尺寸

為了進(jìn)一步處理機(jī)械密封軸套回縮導(dǎo)致的密封泄漏問題，在泵抽空或設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定時不讓機(jī)械密封傳動環(huán)定位裝置發(fā)生移動，也就是要限制機(jī)械密封軸套的軸向位移，使之大于機(jī)械密封軸套與副軸套之間的距離，同時保證動環(huán)部位的壓縮量，從而避免了機(jī)械密封軸套軸向位移量大造成的機(jī)械密封泄漏或傳動環(huán)部位摩擦造成的機(jī)械密封失效。具體案例如下：

d為需要調(diào)整量；a為軸肩到機(jī)封軸套距離；b為副軸套前端到外臺階距離；c為副軸套前端到內(nèi)臺階距離；e為副軸套端部外徑；f為副軸套直徑,如第170頁圖3所示。

機(jī)械密封需要加調(diào)整墊厚度：d=a-(c-b)

具體案例：我單位再生塔頂回流泵P202多次出現(xiàn)機(jī)械密封軸套回縮問題，為了徹底解決這一問題，對機(jī)械密封的具體處理方法為在主副軸套之間加調(diào)整墊，具體尺寸測量數(shù)據(jù)如下(圖三)：a=10.50 mm;b=35.40 mm；c=42.30 mm；e=68 mm;f=55 mm。

根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)計算機(jī)械密封需要加調(diào)整墊厚度為：d=a-(c-b)=10.5 mm-(42.30 mm-35.40 mm)=3.50 mm。

得出機(jī)械密封需要加調(diào)整墊尺寸為外徑為68 mm，內(nèi)徑為55 mm，厚度為3.50 mm的環(huán)形墊圈。我單位再生塔頂回流泵P202機(jī)械密封通過加調(diào)整墊的方法處理后，機(jī)械密封使用中未再次發(fā)生軸套的回縮問題。值得推廣應(yīng)用。

4 燃燒與爆炸事故處理

對機(jī)械密封軸套回縮的故障進(jìn)行分析，從而制定相應(yīng)的維修策略。但針對燃燒與爆炸事故，則需要進(jìn)一步處理。由機(jī)械密封進(jìn)行密封的易燃易爆介質(zhì)的機(jī)泵通常會產(chǎn)生密封泄漏問題，這在一定程度上會影響機(jī)械密封的使用壽命。如果由于軸套回縮問題導(dǎo)致機(jī)械密封出現(xiàn)異常摩擦而造成介質(zhì)泄漏燃燒，嚴(yán)重則會導(dǎo)致爆炸事故的產(chǎn)生。

圖3 機(jī)械密封割分圖

基于此，對機(jī)械密封的運(yùn)行過程要進(jìn)行具體的處理，做好定期的檢修工作，以此來避免由于檢修不當(dāng)所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。如定期緊固傳動環(huán)緊定螺釘，清洗沖洗系統(tǒng)等，明確機(jī)械密封的基本操作規(guī)范。

5 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械密封的故障當(dāng)中機(jī)械密封泄漏屬于較為常見的故障，而燃燒與爆炸事故的產(chǎn)生則并不十分常見，但也需要得到一定的關(guān)注。通過這樣的方式去保證機(jī)械密封的正常密封，為運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性奠定堅實基礎(chǔ)。