離心泵機(jī)械密封失效原因分析及改進(jìn)措施

張永海 殷啟超

（中國(guó)石油蘭州石化公司研究院，甘肅 蘭州730060）

在化工生產(chǎn)中，常常需要將流體從低處輸送到高處、從低壓輸送至高壓，或沿管道送至較遠(yuǎn)的地方。為達(dá)到此目的，必須對(duì)流體加以外功，以克服流體輸送過(guò)程中的阻力。為流體提供能量的機(jī)械成為流體輸送機(jī)械，根據(jù)工作原理的不同通常分為四類，即離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式及流體動(dòng)力作用式。而離心泵即為流體輸送機(jī)械中最為常見(jiàn)的一種動(dòng)力機(jī)械。離心泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流量大而均勻、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。而機(jī)械密封則是這種流體輸送機(jī)械的軸封裝置，具有泄漏量小和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

1 機(jī)械密封故障現(xiàn)象及分析

泵用機(jī)械密封種類繁多、型號(hào)各異，但泄漏點(diǎn)主要有五處：軸套與軸間的密封；動(dòng)環(huán)與軸套間的密封；動(dòng)、靜環(huán)之間的密封；靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封；密封端蓋與泵體間的密封。

一般來(lái)說(shuō)，軸套外伸的軸間、密封端蓋與泵體間的泄漏比較容易發(fā)現(xiàn)和解決，但需細(xì)致觀察，特別是當(dāng)工作介質(zhì)為液化氣體或高壓、有毒有害氣體時(shí)，相對(duì)困難些。其余的泄漏直觀上很難辨別和判斷，須在長(zhǎng)期管理、維修實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)泄漏癥狀進(jìn)行觀察、分析、研判，才能得出正確結(jié)論。

1.1 安裝靜試時(shí)泄漏

機(jī)械密封安裝調(diào)試好后，一般要進(jìn)行靜試，觀察泄漏量。如泄漏量較小，多為動(dòng)環(huán)或靜環(huán)密封圈存在問(wèn)題；泄漏量較大時(shí)，則表明動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間存在問(wèn)題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎(chǔ)上，再手動(dòng)盤車觀察，若泄漏量無(wú)明顯變化則靜、動(dòng)環(huán)密封圈有問(wèn)題；如盤車時(shí)泄漏量有明顯變化則可斷定是動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在問(wèn)題；如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則動(dòng)環(huán)密封圈存在問(wèn)題居多，泄漏介質(zhì)向四周噴射或從水冷卻孔中漏出，則多為靜環(huán)密封圈失效。

1.2 試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的泄漏

泵用機(jī)械密封經(jīng)過(guò)靜試后，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，會(huì)抑制介質(zhì)的泄漏。因此，試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后，基本上都是由于動(dòng)、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。

引起摩擦副密封失效的因素主要有：

（l）操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異常現(xiàn)象，引起較大的軸向力，使動(dòng)、靜環(huán)接觸面分離；

（2）對(duì)安裝機(jī)械密封時(shí)壓縮量過(guò)大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)重磨損、擦傷；

（3）動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊，彈簧無(wú)法調(diào)整動(dòng)環(huán)的軸向浮動(dòng)量；

1.3 正常運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏

離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏少數(shù)是因正常磨損或已達(dá)到使用壽命，而大多數(shù)是由于工況變化較大或操作、維護(hù)不當(dāng)引起的。主要有：

（1）抽空、氣蝕或較長(zhǎng)時(shí)間憋壓，導(dǎo)致密封破壞；

（2）對(duì)泵實(shí)際輸出量偏小，大量介質(zhì)泵內(nèi)循環(huán)，熱量積聚，引起介質(zhì)氣化，導(dǎo)致密封失效；

（3）回流量偏大，導(dǎo)致吸人管側(cè)容器（塔、釜、罐、池）底部沉渣泛起，損壞密封。

2 機(jī)械密封失效原因分析與維修

2.1 周期性滲漏

（1）泵轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量大,輔助密封與軸的過(guò)盈量大,動(dòng)環(huán)不能在軸上靈活移動(dòng)。在泵翻轉(zhuǎn),動(dòng)、靜環(huán)磨損后,得不到補(bǔ)償位移。

對(duì)策：在裝配機(jī)械密封時(shí),軸的軸向竄動(dòng)量應(yīng)小于0.1mm,輔助密封與軸的過(guò)盈量應(yīng)適中,在保證徑向密封的同時(shí),動(dòng)環(huán)裝配后保證能在軸上靈活移動(dòng)(把動(dòng)環(huán)壓向彈簧能自由地彈回來(lái))。

（2）密封面潤(rùn)滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。

對(duì)策：油室腔內(nèi)潤(rùn)滑油面高度應(yīng)加到高于動(dòng)、靜環(huán)密封面。

（3）轉(zhuǎn)子周期性振動(dòng)。原因是定子與上、下端蓋未對(duì)中或葉輪和主軸不平衡,汽蝕或軸承損壞(磨損),這種情況會(huì)縮短密封壽命和產(chǎn)生滲漏。

對(duì)策：可根據(jù)維修標(biāo)準(zhǔn)來(lái)糾正上述問(wèn)題。

2.2 由于壓力產(chǎn)生的滲漏

高壓和壓力波造成的機(jī)械密封滲漏由于彈簧比壓力及總比壓設(shè)計(jì)過(guò)大和密封腔內(nèi)壓力超過(guò)3MPa時(shí),會(huì)使密封端面比壓過(guò)大,液膜難以形成,密封端面磨損嚴(yán)重,發(fā)熱量增多,造成密封面熱變形。

對(duì)策：在裝配機(jī)封時(shí),彈簧壓縮量一定要按規(guī)定進(jìn)行,不允許有過(guò)大或過(guò)小的現(xiàn)象,高壓條件下的機(jī)械密封應(yīng)采取措施。為使端面受力合理,盡量減小變形,可采用硬質(zhì)合金、陶瓷等耐壓強(qiáng)度高的材料,并加強(qiáng)冷卻的潤(rùn)滑措施,選用可用的傳動(dòng)方式,如鍵、銷等。

2.3 由于介質(zhì)引起的滲漏

大多數(shù)潛污泵機(jī)械密封拆解后,靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的輔助密封件無(wú)彈性,有的已經(jīng)腐爛,造成了機(jī)封的大量滲漏甚至有磨軸的現(xiàn)象。由于高溫、污水中的弱酸、弱堿對(duì)靜環(huán)和動(dòng)環(huán)輔助橡膠密封件的腐蝕作用,造成了機(jī)械滲漏過(guò)大,動(dòng)、靜環(huán)橡膠密封圈材料為丁腈—40,不耐高溫,不耐酸堿,當(dāng)污水為酸性堿性時(shí)易腐蝕。

對(duì)策：對(duì)腐蝕性介質(zhì),橡膠件應(yīng)選用耐高溫、耐弱酸、弱堿的氟橡膠。

3 結(jié)論

以上總結(jié)了機(jī)械密封比較常見(jiàn)的泄漏原因以及維修對(duì)策。機(jī)械密封本身是一種要求較高的精密部件,對(duì)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、裝配質(zhì)量都有很高的要求。在實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮機(jī)械密封失效的各種因素，使裝配的機(jī)械密封適用于離心泵的技術(shù)要求和工藝要求,保證機(jī)械密封長(zhǎng)期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。

［1］顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

［2］林崢.實(shí)用密封手冊(cè)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,2008.

［3］魏龍.密封技術(shù)[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010.