離心泵機械密封結構失效原因與維修改造可行性建議

齊 威，金 艷

(大連工業(yè)大學，遼寧 大連 116034)

0 引言

離心泵是工業(yè)上常用的一種動力機械裝置，在化工、原材料加工等很多領域應用十分廣泛，具有可靠性高、使用壽命長、技術成熟等優(yōu)點。由于離心泵的工作環(huán)境較為復雜，很多離心泵會常年在酸性或堿性的溶液中使用，因此離心泵工作可靠性是工業(yè)生產中最重要的問題之一。機械密封結構是離心泵正常工作的基礎保證，能使離心泵形成與外界隔絕的工作環(huán)境，從而實現(xiàn)減輕摩擦損耗、保證工作效率、減少泄漏的效果。在離心泵的日常使用中，機械密封結構中的很多元件都屬于常規(guī)的易損零件，這些零件的失效是離心泵密封結構失效的主要原因，除此之外，導致離心泵密封結構失效的原因是多方面，因此，了解與掌握密封結構失效的原因與預防方法，合理的設計與改進離心泵的機械密封結構，對于保證離心泵使用的可靠性具有積極的作用。

1 結構原理

離心泵的機械密封結構主要依靠彈性密封件與機械結構相配合來實現(xiàn)，在離心泵運轉的過程中由于流體運動會產生較大的液壓力，作用于彈性密封件時可將密封件擠壓變形使其進一步形成密封效果，達到預防泄漏的功能要求。在離心泵中，除泵體殼體的密封墊外，主要的機械密封結構還包括靜環(huán)、動環(huán)、壓緊元件和其他密封彈性件。例如，在離心泵的傳動軸上，主要依靠動環(huán)進行密封，動環(huán)可隨傳動軸一同旋轉并起到良好的隔絕作用，而在壓蓋位置則選用靜環(huán)進行密封，靜環(huán)不需要隨運動件一同運動，但需要承受運轉過程的摩擦力，起到傳動軸端部的密封作用。而對于離心泵殼體所形成的密封室，主要通過壓緊元件進行密封，保證在不運動的位置端面始終保持貼合的狀態(tài)，靜環(huán)、動環(huán)、壓緊元件等彈性密封件的使用應合理選擇，則可以起到良好的密封作用，同時對離心泵運轉過程中產生的振動、沖擊起到良好的緩沖作用。離心泵機械密封結構的功能實現(xiàn)不僅需要密封元件與泵體結構的良好配合，還需要良好的使用與維護保養(yǎng)習慣來保持良好的運行條件，減少氣蝕、抽空等異常問題的產生概率，使密封結構達到良好的密封效果。

2 密封結構失效原因分析

2.1 密封元件選擇不合理

離心泵密封元件的使用壽命受到很多因素的影響，其中最主要的影響因素就是密封件選擇的合理性，在離心泵設計和維護的過程中，密封結構的失效也多是由于密封元件選擇不合理導致的，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。一是密封件的耐磨性不足，由于離心泵中的液體存在較大的運動速度，若液體中還有較多的雜質或添加物，會很容易因為磨粒的存在造成嚴重的磨損問題，此時若密封元件的材料耐磨性不足，則會出現(xiàn)早期磨損而產生泄漏問題；二是密封元件的耐腐蝕性不足，離心泵在酸堿環(huán)境中使用時，若離心泵中的密封元件抗腐蝕能力不足，可能因為酸堿腐蝕問題使元件的彈性減弱或出現(xiàn)開裂等問題；三是密封元件的耐高溫性能不足，離心泵在高溫液體的環(huán)境中使用，也可能因為密封元件選擇不合理而導致密封元件過早老化，使密封元件的可靠性大幅降低。

2.2 密封結構的設計不合理

在離心泵結構設計過程中，其內部的結構設計往往對于機械密封結構的使用壽命存在較大的影響，密封結構設計不合理造成的密封失效問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面。一是壓緊密封面的壓緊面積不足，當壓緊面積不足時，與壓緊面配套使用的密封墊片往往面積也較小，在長期使用的過程中壽命不易保證；二是由于在機械設計的過程中，金屬部件之間的較小空隙會使液體流動時出現(xiàn)沖擊力劇增現(xiàn)象，若小間隙或孔狀結構位于密封元件附近，密封元件會長期受到大于設計值的液體沖刷力作用而產生失效問題；三是離心泵傳動軸運轉過程的撓度過大，造成密封元件在密封過程中的受力不均勻，長此以往密封元件的局部功能出現(xiàn)失效，易出現(xiàn)泄漏問題。

2.3 維修保養(yǎng)操作不合理

很多情況下，離心泵在維修和保養(yǎng)的過程中，往往達不到出廠時的技術條件和裝配質量，很容易導致離心泵機械密封結構失效。例如，在維修過程中拆卸不當會造成密封彈性件的損壞、替換密封件時材質選擇不當造成更換的元件快速損壞等問題。還可能存在更換動環(huán)、靜環(huán)等元件時，密封件安裝受力不均勻，造成局部位置密封狀態(tài)不好而出現(xiàn)泄漏。在對離心泵殼體、端蓋、傳動軸安裝時，也可能出現(xiàn)螺栓緊固受力不均、軸承壓蓋安裝不到位、軸與軸承安裝不合理等問題，都可能造成機械密封結構的早期損壞而失效。除此之外，還可能因為離心泵重新安裝后沒有注滿溶液就啟動，或離心泵腔體里含有空氣等因素導致部分位置的密封元件缺少液體潤滑和散熱，出現(xiàn)快速損壞的問題。在離心泵工作過程中，還會因為水管阻力調整不當?shù)纫蛩囟挂后w中產生大量氣泡，使泵體內部的壓強明顯增高，而產生氣蝕現(xiàn)象，氣蝕現(xiàn)象會引起水流波動而產生劇烈的振動，使傳動軸上的動環(huán)和靜環(huán)被破壞。

3 離心泵的維修與改造建議

3.1 優(yōu)化密封位置結構設計

密封位置的結構設計要在實現(xiàn)密封結構的基礎上盡量對密封元件進行保護，可考慮在設計過程中利用機械結構對密封元件進行遮擋。例如，在殼體扣合面、端蓋扣合面位置設計金屬臺肩來遮擋密封元件，以減少流體或磨粒對密封元件的沖刷。也可考慮將面積較大的密封墊片進行分體設計，例如，將端蓋位置一圈的密封墊更改為內外兩圈的密封墊，避免密封墊受酸堿腐蝕整體老化問題。此外，還應優(yōu)化密封結構附近的液體流動環(huán)境，減少狹小縫隙、孔洞等對液體產生的聚集作用，使各個位置密封件受到的液體流動摩擦力均衡、穩(wěn)定，減少局部位置快速損壞問題發(fā)生的概率。

3.2 優(yōu)化傳動軸結構設計

在對傳動軸進行結構設計的過程中，應結合仿真分析和運動學軟件對傳動軸運轉過程中產生的變形問題進行分析，通過在設計過程中減小軸兩端的距離、增加軸端直徑尺寸等方法優(yōu)化運轉過程的饒度變化值，同時還可以通過優(yōu)化葉輪的結構設計來調整傳動軸的受力狀態(tài)。例如，在提高單級葉輪揚程的同時減小葉輪的級數(shù)，使葉輪既能維持原有的工作能力，又減少了運轉過程傳動軸產生的饒度變化過大問題，從而有效保護傳動軸位置的各個密封元件。

3.3 選擇優(yōu)質密封材料

在對密封結構的材料進行選擇的過程中，設計人員應當突破固有思維的限制，不斷更新自身的材料知識儲備，了解市場上新材料、新形式密封元件的應用與發(fā)展趨勢，積極應用密封材料的新技術來改善傳統(tǒng)離心泵各個機械密封結構位置的可靠性，提升機械密封件的使用壽命。

3.4 合理執(zhí)行維修保養(yǎng)工作

對于離心泵的維修過程，工作人員應當在維修過程中重視密封元件的保護，在拆卸的過程中盡量避免過大的磨損、彈性形變和損壞等問題，若彈性密封件在拆卸或裝配過程中出現(xiàn)損壞，必須要對其進行更換，以免因泄漏造成更大的故障。在對傳動軸上動環(huán)和靜環(huán)進行裝配時，要注意動環(huán)和靜環(huán)的兩個端面必須保持合理距離，且彈簧能夠將動環(huán)靈活彈出，在檢修和維護過程中還要用塞尺檢查各距離在各個方向上是否均勻合理。此外，離心泵維修保養(yǎng)工作完成后，必須將離心泵注滿水后再進行測試，要注意避免空氣進入管道產生氣蝕問題，確保維修保養(yǎng)后離心泵處于良好的工作狀態(tài)。