離心泵機械密封的失效分析及改造

滕 猛

(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255300)

我公司某裝置膠體轉料泵選用的是煙臺龍港泵業股份有限公司生產制造的離心泵，型號為YID100-80-200。該泵是裝置的重要設備，主要用途是將膠體中間罐內膠體物料輸送到振動篩上進行過濾。其工況參數為：介質溫度50～60℃，介質黏度20～30萬Cp，泵入口壓力為微正壓，泵出口壓力為0.4～0.6MPa，電機功率為30kW，轉速n=2950r/min。

在投用后的前幾個月，該泵使用效果不理想，機械密封過早失效，出現泄漏。根據維修統計數據，每套密封的使用壽命僅有15天左右。頻繁維修，不僅影響了裝置的平穩運行，也增加了車間的維修費用和維修人員的勞動強度。因此，有必要對泵密封結構形式進行技術改造，延長密封的使用壽命。

1 最初機械密封的結構及失效原因分析

最初，轉料泵機械密封選用普通雙端面機械密封，結構簡圖如圖1所示。工作原理是其在工作時，在流體壓力和彈簧元件的彈力等合力作用下，在密封環的端面上產生一個適當的壓緊力，使得兩個接觸端面，動環和靜環端面相互緊密貼合，并且在兩個端面之間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的[1]。

從圖1中可看出，它是由兩套平衡、多彈簧、內流、旋轉式單端面機械密封背對背安裝在密封盒內，通過密封盒螺栓與泵殼固定，動、靜環密封面采用合金/石墨材質，并外接冷卻水對密封腔內兩套密封進行潤滑和冷卻，最終排出的冷卻水進入回收槽。因此，可通過冷卻水判斷機械密封是否出現泄露。

1-軸套,2-靜環密封圈,3-靜環,4-動環,5-動環密封圈,6-彈簧,7-彈簧座,8-彈簧座,9-彈簧,10-密封盒,11-動環密封圈,12-動環,13-靜環,14-靜環密封圈

通常，機械密封失效主要出現在以下部位：①軸套與軸之間的密封；②靜環與靜環座之間的密封；③動環、靜環摩擦副；④動環與軸套之間的密封；⑤密封端蓋與泵體間的密封。通過對大量短期工作即失效的密封進行拆檢，發現多數密封失效主要原因是動環、靜環摩擦副的磨損造成的。

影響摩擦副的磨損的因素很多，其中最重要的因素是是端面密封比壓，它影響著機械密封的密封特性(即泄露率指標)和端面摩擦特性(即抵御摩擦磨損的能力)。端面密封比壓過大，容易導致摩擦副的急劇磨損，甚至造成設備的損壞；端面密封比壓過小，容易導致過大的泄露率。因此，為了兼顧到密封特性和摩擦特性，必須選擇正確的端面密封比壓，實現機械密封的最佳工作狀態。另外工作的環境溫度、介質的腐蝕性、介質中雜質顆粒的硬度和濃度、泵的轉速、摩擦副的材質、密封面的光潔度、振動、冷卻與潤滑情況、安裝的精度跑和程度、冷卻水的大小和有無等因素都在不同程度的影響摩擦副的磨損程度和使用壽命。

在轉料泵維修過程中，機械密封的現場安裝由維修人員完成，容易出現以下問題：①安裝過程中，機械密封的壓縮量受到維修人員安裝經驗和操作技能等人為因素影響，容易出現壓縮量過大或過小，影響密封的壽命。②動、靜環密封圈與軸套配合不好，或松或緊，導致密封泄露。③現場安裝條件有限，容易造成顆粒雜質進入動靜環密封端面，在泵啟動時出現泄漏。④廠家很難做到對每套密封進行出廠前耐壓試驗，即使進行耐壓試驗，也不能保證密封在現場安裝后不出現泄露。另外，轉料泵屬于間歇操作，頻繁啟停，在泵啟動瞬間，憋壓時有發生，易造成泄露；泵輸送膠體粘度大，也極容易造成泵抽空或氣蝕等異常現象。這些問題都容易造成密封的泄露，過早出現失效。

2 機械密封的重新選型

針對轉料泵密封在使用過程中過早出現失效，車間管理人員與廠家技術人員交流，并經現場查看以及部分尺寸測繪，確定在泵不換型的前提下，可采用集裝式機械密封替代原有的普通雙端面機械密封。

與普通雙端面機械密封相比，集裝式機械密封具有以下優點：1)密封在出廠前由廠家全部組裝完成，并進行動、靜壓實驗，保證了備件的出廠合格，確保不會發生在泵啟動時的泄露。2)在安裝過程中，整裝整拆，維修人員不需要調整尺寸，只需要緊固密封盒上的四個螺栓，降低了對工人技術水平的要求，減少了人為安裝誤差。3)彈簧的壓縮量在出廠前由廠家根據實際工況進行了核算，通過定位機構進行固定，保證了彈簧的壓縮量，使密封在設計工況下運行，提高了密封的使用壽命。4)結構緊湊，體積小，方便運輸，減少了密封在運輸過程中損壞的可能。

1-固定銷,2-動環密封圈,3-動環,4-靜環,5-靜環密封圈,6-密封圈,7-定位銷,8-靜環密封圈,9-密封盒,10-動環,11-定位卡,12-動環密封圈,13-靜環,14-彈簧,15-軸套

圖2 集裝式機械密封結構簡圖

選用的集裝式機械密封結構簡圖如圖2所示，將密封的動環(3和10)、靜環(4和13)、密封圈(2,5,6,8和12)、密封盒(9)及定位銷(1和7)等零件與軸套(15)預裝成一體，實現整體安裝和拆卸。定位銷(7)將密封盒(9)和靜環(4和13)進行徑向固定，定位銷(1)將動環(3)固定在軸套(15)。軸套(15)和動環(10)圓周都不是標準圓，配套安裝，實現徑向精確定位。定位卡(11)將密封的靜止件和旋轉件進行軸向固定。因此，集裝機械密封安裝精度高，定位準確，彌補了傳統機械密封的不足，滿足了多種場合的使用。

3 集裝式機械密封參數的確定

確定機械密封結構型式后，根據介質確定材質等其他重要參數。考慮膠體物料內含有少量硬雜質顆粒，動環材質仍采用硬度高、耐磨系數較低的硬質合金，靜環采用無壓燒結的碳化硅替代原有的碳石墨，這兩種材質組成的摩擦副非常適合于含有顆粒的環境中，具有性價比高、使用壽命長的特點。密封圈選用耐高溫的氟橡膠FKM，墊片采用PTFE材質，金屬選用304不銹鋼。考慮到泵的高速運轉(n=2950r/min)及端面比壓的穩定性，仍采用多彈簧結構形式，并根據現場操作條件重新核算機械密封的彈簧比壓、平衡系數及端面比壓等參數，并選取合理數值，確定彈簧的參數。

4 結論

改造后，膠體轉料泵運行穩定可靠，集裝機械密封使用壽命更是達到10個月以上，達到了預期效果，解決了困擾生產的密封過早失效的問題。集裝式機械密封以其優異的性能值得在化工行業中推廣。

[1]蔡仕雄.雙端面機械密封失效分析與研究[J].中國化工貿易，2014,6(24):48.

[2]陳海波.淺談雙端機械密封的結構及維修[J].科技展望，2016(20):52-53.

(本文文獻格式：滕猛.離心泵機械密封的失效分析及改造[J].山東化工,2018,47(7):79-80.)

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