影響機械密封壽命的外部因素分析

王 豐

（中海油能源發展裝備技術有限公司機械設備技術服務中心 天津 300452）

1 引言

在海洋石油采油平臺中使用的離心泵有90%采用機械密封，機械密封的使用壽命直接影響泵類設備的完好率，在QK17-2、LD32-2等多個平臺注水泵及外輸泵的機械密封更換非常頻繁，而我們的維修人員在分析機械密封失效以及機械密封使用壽命短等原因時，總是習慣先從機械密封自身查找原因，而很少從機械密封外部條件查找原因。例如：我們總是會先看機械密封的選型是否合理，密封面的比壓是否正確，摩擦副的選擇是否合適等。而很少去看泵給機械密封創造的條件是否合適，輔助系統的配置是否合適，而這些方面往往在判斷機械密封失效原因以及機械密封使用壽命短等原因時非常重要。本文希望從影響機械密封效果的另外一個方面即機械密封的外部條件來分析影響機械密封效果的因素以及應采取的措施。

圖1 機械密封原理示意圖

2 機械密封原理概述

機械密封是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。

如圖1所示，常用機械密封結構由動環、靜環、彈性元件彈簧座、緊定螺釘、動環密封圈和靜環密封圈等元件組成，其中動環和靜環的端面組成一對摩擦副。動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙B、靜環與壓蓋的間隙C的作用，同時對泵的振動、沖擊起緩沖作用。

機械密封在使用時與泵的其它部件一起形成一個有機整體，共同發揮作用。如機械密封希望發揮理想效果必須在使用時跟泵的其他部件進行配合使用，這就不僅需要機械密封本身性能優異，同時還需要與泵的其它部件彼此相適應。任何一個問題，無論是機械密封本身的問題還是機械密封外部條件的問題，都會對機械密封效果產生重要的影響。

3 影響機械密封壽命的外部因素

3.1 因泵軸軸向竄量增大導致機械密封效果不好

要讓機械密封起到密封作用需要其密封面具有一定的比壓，這就需要機械密封的彈簧通過壓縮給密封端面一個推力，旋轉起來使密封面產生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓，機械密封要求泵軸的軸向竄量一般不超過0.5mm。但在日常的使用過程中許多泵軸因設計不合理，從而使其竄量值過大，這樣對機械密封的使用來說是非常不好的。

3.2 因軸向力未被平衡導致機械密封效果不好

泵在設計時必須將軸向力平衡掉。我們知道，機械密封在使用過程中是不建議承受軸向力的，如果由于泵的軸向力平衡機構在設計、制造、安裝、調試以及日常使用過程中導致軸向力未被平衡掉，將會對機械密封產生十分嚴重的影響。因為機械密封在承受軸向力的狀態下運轉時會導致密封壓蓋的溫度持續升高，從而使得介質隨著溫度的升高而被熔化，導致泵在啟動后不久就會失去密封效果，當泵靜止時密封端面又會出現間斷噴漏等現象，影響泵的正常使用。

3.3 因機械密封沖洗管線配置問題導致機械密封效果不好

機械密封的輔助沖洗系統可以起到潤滑、冷卻、沖洗機械密封上各種雜物等作用，能夠有效的保護機械密封的密封面，可以說對于機械密封系統來說是十分的重要。但有時廠家在設計以及生產泵時，不是沒有合理的配置輔助沖洗系統就是雖然設計了輔助系統但由于設計的不規范、不合理導致達不到預期的密封效果。

3.4 因機械密封振動偏大導致機械密封效果不好

影響機械密封振動偏大的原因有許多，但并不是所有都是由機械密封本身所引起的，很多都是由于泵整體的振動引起機械密封振動過大，如泵轉子動不平衡、平臺甲板的共振、軸承損壞或軸瓦磨損、泵與電機對中不好、泵內流體的脈動、泵體氣蝕等原因均可引起泵的振動。

機械密封振動偏大會對機械密封效果產生重要的影響，甚至最終會導致失去密封效果。

3.5 因泵汽蝕引起機械密封損壞導致機械密封效果不好

由于操控、設計不合理等原因導致泵在運轉時局部會產生汽蝕現象，汽蝕現象會產生氣泡對機械密封動靜環吻合面以及外表面產生影響，久而久之使機械密封失效。

4 應采取措施

4.1 消除泵軸竄量大

重視對軸向力平衡裝置的合理化設計，在設計階段就徹底消除軸向竄量，規避該問題的發生。

4.2 消除軸向力偏大

重視對軸向力平衡機構的合理化設計，使其不僅在原理上能夠平衡掉軸向力，并且做到在今后的制造、安裝、使用過程中同樣能夠較好的平衡掉軸向力。

4.3 添加機械密封沖洗管線

如果機械密封沒有沖洗管線或沖洗管線設計不合理，應增加機械密封沖洗管線或對原有機械密封沖洗管線進行重新設計調整。根據各類泵的實際情況，合理地配置管路及相關附件，對提高機械密封的可靠性和壽命具有重要的意義。

4.4 消除泵振動偏大

（1）在設計階段就需要充分考慮泵類設備的振動源，從而避免振動源的產生。

（2）在泵類設備制造過程中需要嚴格按照相關標準規范及操作程序去生產，從而避免振動源的產生。

（3）在現場對泵、電機、底座、管路等進行安裝時需要嚴格按照安裝手冊及相關要求進行，從而避免振動源的產生。

（4）泵類設備現場日常使用時需要嚴格按照相關要求及手冊進行，從而避免振動源的產生。

（5）定期對泵類設備進行巡檢，及時發現振動問題并做好維修保養工作，從而避免振動源的不斷擴大。

4.5 消除泵進口汽蝕

（1）根據現場對泵類設備的要求，提升泵的汽蝕性能水平。

（2）現場試驗裝置與泵汽蝕性能水平相匹配，否則試驗裝置將無法為泵類設備提供準確信息。

（3）現場各方面需給泵消除汽蝕提供便利。

（4）定期對泵類設備進行巡檢，發現問題及時解決，避免情況的進一步惡化。

結語

產生機械密封故障的原因很多，既有機械密封自身的因素，也有各種外部因素對其的影響。以往我們更多的是從機械密封自身入手，現在為了提高機械密封的使用壽命及密封效果我們還需要充分考慮影響機械密封的外部因素，將兩者結合在一起從而不斷提高機械密封的效果，使得生產效益最大化。

[1]顧永泉.機械密封實用技術.機械工業出版社,2001.

[2]白樺.流體力學泵與風機.中國建筑工業出版社,2016.

[3]姬忠禮,鄧志安，趙會軍.泵與壓縮機(第二版).石油工業出版社,2015.