泵用機(jī)械密封失效原因分析與預(yù)防措施

李宏范胡金平 朱健 徐民

（兗礦魯南化工有限公司）（兗礦煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司)

泵用機(jī)械密封失效原因分析與預(yù)防措施

李宏范*胡金平 朱健 徐民

（兗礦魯南化工有限公司）（兗礦煤業(yè)鄂爾多斯能化有限公司)

介紹了泵用機(jī)械密封的原理及結(jié)構(gòu)，對(duì)化工裝置用泵的機(jī)械密封失效原因進(jìn)行了分析，提出了防止機(jī)械密封失效的措施。

機(jī)械密封泄漏失效預(yù)防措施泵

1 機(jī)械密封簡介

機(jī)械密封（簡稱機(jī)封）是靠一組研配的密封端面形成的動(dòng)密封，它是依靠密封端面緊貼著相對(duì)旋轉(zhuǎn)來達(dá)到密封的。與填料密封相比，機(jī)械密封克服了軸封容易泄漏的缺點(diǎn)，改為較難泄漏的靜密封和端面徑向接觸的動(dòng)密封。機(jī)械密封的主要優(yōu)點(diǎn)是：泄漏量小，一般為10 mL/h，僅為填料密封的1%；使用壽命長，一般可連續(xù)使用1～2年。與填料密封相比，對(duì)軸的精度和表面粗糙度要求較低，對(duì)軸的振動(dòng)敏感性相對(duì)較小，而且軸不受磨損。機(jī)械密封摩擦力耗功相對(duì)較小，約為填料密封的10%～50%。但是，機(jī)械密封造價(jià)較高，對(duì)密封元件的制造要求和安裝要求均較高。

機(jī)械密封一般有五個(gè)可能的泄漏點(diǎn)。第一個(gè)點(diǎn)在動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的接觸面上。機(jī)械密封主要靠泵內(nèi)液體壓力及彈簧力將動(dòng)環(huán)壓貼在靜環(huán)上，以達(dá)到密封防止泄漏。而兩環(huán)的接觸面上總會(huì)有少量液體泄漏，它可以形成液膜，一方面起到防止泄漏的作用，另一方面又起到潤滑的作用。第二個(gè)點(diǎn)在靜環(huán)與壓蓋之間，屬于靜密封點(diǎn)。用有彈性的O形（或V形）密封圈壓于靜環(huán)和壓蓋之間，靠彈簧力使彈性密封圈變形而密封。第三個(gè)點(diǎn)在動(dòng)環(huán)與軸套之間，此處也屬靜密封點(diǎn)。考慮到動(dòng)環(huán)可以沿軸向竄動(dòng)，可采用具有彈性和自緊性的V形密封圈來密封。第四個(gè)點(diǎn)在軸套與軸之間，屬于靜密封點(diǎn)，一般采用O形密封圈密封。第五個(gè)點(diǎn)在壓蓋和泵體之間，也是靜密封點(diǎn)，可采用密封圈或墊片作為密封元件。機(jī)械密封主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 機(jī)械密封失效原因分析

目前，隨著對(duì)化工廠無泄漏及清潔文明生產(chǎn)要求的提高，絕大多數(shù)的泵都采用了機(jī)械密封。但機(jī)械密封也會(huì)發(fā)生失效，這不僅增大了檢修工作量和檢修費(fèi)用，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行也是一種安全隱患。從多年的檢修經(jīng)驗(yàn)來看，導(dǎo)致化工裝置用泵機(jī)械密封失效的因素較多、也較為復(fù)雜，但最為常見的失效因素主要有下述5個(gè)方面。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

2.1 機(jī)封沖洗系統(tǒng)

沖洗系統(tǒng)是機(jī)械密封最為重要的部分。沖洗一般有自沖洗和外沖洗兩種。沖洗的主要目的是通過沖洗液有效地保護(hù)機(jī)封密封面，其主要作用是對(duì)機(jī)封摩擦副進(jìn)行潤滑和冷卻，同時(shí)沖走雜物等。沖洗液的流量、壓力必須滿足要求，同時(shí)根據(jù)介質(zhì)的溫度，對(duì)沖洗液的溫度也有一定的要求。沖洗口位置設(shè)計(jì)要滿足工藝要求，才能達(dá)到最佳的沖洗效果。如果沖洗不佳，會(huì)大大縮短機(jī)封使用壽命，甚至直接燒壞。

2.2 安裝機(jī)封的泵軸

機(jī)械密封屬于端面接觸式密封，密封面在流體介質(zhì)和彈性元件的共同作用下，與垂直于軸心線的密封端面緊密貼合、相對(duì)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到密封效果。因此要求動(dòng)靜密封環(huán)在圓周方向上受力均勻。如果軸的彎曲超過允許值，動(dòng)靜密封環(huán)會(huì)出現(xiàn)相對(duì)瓢偏，使動(dòng)靜密封環(huán)的受力不均勻，那么機(jī)封的密封效果就會(huì)受到影響，長時(shí)間運(yùn)行還可能導(dǎo)致靜環(huán)被磨偏，出現(xiàn)泄漏。

2.3 泵軸向作用力和振動(dòng)

機(jī)封本身無法受軸向作用力，但如果由于泵的軸向力平衡裝置發(fā)生故障等原因，使得泵軸向力未被完全平衡掉，那么在軸向力的作用下，吸入側(cè)機(jī)封密封面的壓緊力就會(huì)逐漸增大（軸向力一般都指向吸入側(cè)），密封面磨損就會(huì)逐漸加劇，直至密封面被磨成環(huán)形溝狀，密封失效，發(fā)生泄漏。如果泵在運(yùn)行時(shí)發(fā)生異常振動(dòng)，那么將會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封的密封面發(fā)生徑向位移，如果位移過大，超過了機(jī)械密封的密封能力極限，同樣會(huì)引起密封失效。

2.4 機(jī)封制造質(zhì)量

機(jī)械密封制造質(zhì)量問題最為常見的就是密封端面變形。密封面不平，就無法達(dá)到密封的效果。此外，機(jī)封形位公差控制不好等也是較為常見的機(jī)封制造質(zhì)量問題。

2.5 機(jī)封安裝質(zhì)量

在機(jī)械密封的安裝上，如果質(zhì)量控制不好，也會(huì)縮短機(jī)械密封的使用壽命，甚至在試車時(shí)就發(fā)生泄漏。

3 預(yù)防措施

3.1 增加輔助沖洗系統(tǒng)

根據(jù)泵的使用和操作條件，可以增配一些附件，如冷卻器（調(diào)節(jié)冷卻液溫度）、閥門（控制冷卻液流量）、流量計(jì)（可以準(zhǔn)確把握冷卻液流量）、壓力表（方便觀察冷卻液壓力）、溫度計(jì)（了解冷卻液溫度）等，及時(shí)掌握機(jī)封的沖洗情況，確保機(jī)封擁有良好的沖洗。在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，沖洗對(duì)機(jī)封的使用壽命起著至關(guān)重要的作用。

3.2 防止泵軸彎曲變形

對(duì)臥式多級(jí)離心泵而言，泵軸的彎曲主要是由于在停用時(shí)不按時(shí)盤車，泵轉(zhuǎn)子長時(shí)間停留在某一位置，致使泵軸出現(xiàn)彎曲，這種現(xiàn)象在化工廠比較常見。按要求經(jīng)常盤車，做好標(biāo)記，以原位置為參考，每次以180°為倍增基數(shù)進(jìn)行盤車，就可有效防止泵軸彎曲。設(shè)備在長時(shí)間運(yùn)行后也可能出現(xiàn)軸彎曲的現(xiàn)象，因此在泵大修時(shí)要對(duì)泵軸進(jìn)行彎曲度測(cè)量，如果發(fā)生軸彎曲，可進(jìn)行校正或更換新軸。

3.3 控制泵軸向力和振動(dòng)幅度

確保泵平衡裝置工作正常，使之能夠充分地平衡掉軸向力，避免機(jī)封承受額外的軸向力。泵軸的振動(dòng)對(duì)機(jī)械密封的影響很大，要充分分析振動(dòng)的來源，以消除振動(dòng)源。

3.4 嚴(yán)格質(zhì)量驗(yàn)收

端面變形主要是材料在未消除殘余應(yīng)力的情況下進(jìn)行加工生產(chǎn)，在安裝使用后材料仍然需要釋放殘余應(yīng)力，導(dǎo)致端面發(fā)生變形。解決的方法是制造廠家嚴(yán)格進(jìn)行生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，給材料以充足的應(yīng)力釋放時(shí)間。生產(chǎn)過程質(zhì)量的有效控制也可避免機(jī)械密封形位公差控制不好等問題，例如最為常見的端面平面度差、端面垂直度不夠等。對(duì)新購買的機(jī)封需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量驗(yàn)收，確保質(zhì)量合格的機(jī)封用于現(xiàn)場機(jī)泵。

3.5 安裝質(zhì)量的控制

機(jī)封安裝質(zhì)量的好壞，對(duì)機(jī)封的使用壽命有著重要的作用，因此，一定要做好安裝質(zhì)量的控制。

（1）安裝

安裝機(jī)封部位的軸(或軸套)的外徑尺寸公差為h6，其表面粗糙度Ra值不大于3.2 μm。泵軸(或軸套)的外徑尺寸不同，對(duì)泵軸的徑向跳動(dòng)量要求也不同，外徑小于50 mm時(shí)，要求徑向跳動(dòng)量小于0.04 mm，外徑大于50 mm時(shí)，要求徑向跳動(dòng)量小于0.06 mm。轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量要小于0.03 mm。安裝時(shí)必須將密封腔體(泵蓋)、機(jī)械密封等部件清洗干凈，防止雜質(zhì)（物）進(jìn)入密封安裝部位，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)劃傷密封面。

（2）密封

機(jī)械密封安裝前要很好地與總裝配圖相對(duì)照，檢查零件是否已準(zhǔn)備齊全。這時(shí)要注意密封摩擦副密封面、密封圈等有無傷痕、缺損等異常現(xiàn)象，還要注意與密封圈（O形環(huán)）等相接觸的軸或軸套表面的質(zhì)量，若發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象，則必須更換或修理后再使用。在裝配時(shí)要確定合理的壓縮量，一般以彈簧總壓縮量的1/2為宜，壓縮量定完之后即將動(dòng)環(huán)在軸（或軸套）上鎖緊。在緊固壓蓋前，要確認(rèn)軸與殼體的同心度符合要求。在緊固機(jī)封壓蓋時(shí)，應(yīng)先對(duì)角預(yù)緊，以防止機(jī)封壓偏。

（3）觀察

以上工作完成后進(jìn)行手動(dòng)盤車，檢查壓蓋、靜環(huán)與軸有無摩擦，盤車時(shí)應(yīng)感覺均勻、輕快。如果存在問題，需要將機(jī)封拆下重新安裝和調(diào)整。待合格后，對(duì)泵進(jìn)行充壓、排氣以及試漏。確認(rèn)上述這些工作正確無誤后方可進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試車。

4 結(jié)束語

機(jī)械密封的使用壽命長短是確保化工生產(chǎn)裝置中離心泵實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。實(shí)踐證明，只要泵本身運(yùn)轉(zhuǎn)正常，同時(shí)機(jī)封沖洗良好，所使用的機(jī)封符合質(zhì)量要求，在檢修或更換機(jī)封時(shí)能正確進(jìn)行安裝，就可保證機(jī)封長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

Failure Analysis and Preventive Measures of Pump Mechanical Seal

Li Hongfan Hu Jinping Zhu Jian Xu Min

Introduced the principle and structure of pump mechanical seal,analyzed failure reasons of mechanical seal for pump used in the chemical industry,and proposed measures to prevent mechanical seal failure.

Mechanical seal;Leakage;Failure;Preventive measure;Pump

TQ 051.21

*李宏范，男，1980年生，助理工程師。滕州市，277525。

2011-11-16）