離心泵機械密封結構失效原因與維修改造可行性建議

祁剛

摘 要：各種離心泵故障中，機械密封泄漏所占的比例較大。分析了引起機械密封失效的各種因素，闡述了機械密封失效的原因，并針對失效原因提出了消除措施和改進措施，從而提高改造效果。

關鍵詞：離心泵;密封失效;消除

1.前言

從1885年英國第一個端密封專利的問世到2000年非接觸式機械密封的問世，機械密封在泵端密封中的應用越來越廣泛。與傳統填料密封相比，機械密封具有密封性能好、壽命長、耐壓高、降低能耗和環境污染等優點。

機械密封的基本結構和原理

1.1機械密封的基本結構

機械密封又稱端面密封，是指至少一對垂直于旋轉軸線的端面。在流體壓力和補償機構和輔助密封件的彈力（或磁力）的作用下，它們保持彼此靠近并相對滑動以防止流體泄漏。

1.2機械密封的輔助設施

機械密封輔助設施是許多部件的統稱，其作用是改善機械密封的工作環境，提高密封效果。包括一系列的相關旋轉和非旋轉零部件和機械密封沖洗管道等。在實際應用中，根據具體情況選擇合適的設施。在所有的輔助設施中，最重要的是沖洗設施。對于沖洗液的過濾和分離，通常使用過濾器和水力旋流器。

1.3機械密封失效的機理

安裝靜態試漏。機械密封安裝調試完畢后，必須進行靜態試驗，通過觀察泄漏情況來分析泄漏原因。如果泄漏量很小，多是動或靜環密封的問題;當泄漏量較大時，說明動靜環摩擦副之間存在問題。在初步觀察泄漏和判斷泄漏位置的基礎上，通過手動盤車來進行觀察。如果泄漏量無明顯變化，則為靜環和動環密封有問題;如果曲軸轉動時泄漏量變化明顯，則可以斷定是動靜環摩擦副有問題;如果泄漏介質沿軸向噴射，則多為動環密封問題。如果泄漏介質噴灑或從水冷孔泄漏，則靜環密封大多無效。此外，也可能同時存在多個泄漏通道，但一般有主次之分，通常維修人員都會關注到主要的泄漏通道，而忽略不太明顯的泄漏通道。此時就需要仔細觀察，熟悉結構，做出正確判斷，找出所有的泄漏通道。

2.運行過程中的泄漏分析

導致連續密封泄漏的原因有很多，主要集中表現在密封端面，如端面變形不均勻、端面有裂紋等。端面比壓過大、摩擦熱引起的熱變形、安裝時零件受力不均等等情況都會造成連續密封泄漏的發生;工作介質中的顆粒物在運行時進入系統縫隙中，擦傷動、靜環密封端面;動環或靜環密封圈與軸的垂直誤差過大;輔助密封問題，如輔助密封在安裝過程中被壓壞或劃傷等，彈簧偏心、比壓過小或彈簧失效等等情況都會造成連續密封泄漏的發生;防轉銷末端不支撐防轉槽;軸振動過大;泵葉輪軸向運動超標、工藝運行不穩定、密封腔內壓力變化頻繁等，都會造成密封周期性泄漏情況的發生;密封圈處軸套表面有軸向槽、凹坑或腐蝕。突然泄漏主要是由幾個因素造成的。例如，設備振動劇烈，摩擦副被泵出損壞;防轉銷脫落或傳動銷斷裂;安裝錯誤或不符合要求。重新運行泄漏也是機械密封失效的常見形式。機械密封結構在停止使用一段時間后重啟也十分可能會漏水。這主要是由于摩擦副附近介質凝固結晶、摩擦副上結垢、堵塞和失去彈性造成的。根據研究分析得出的數據顯示，操作不規范是導致機械密封失效的主要因素，約占42%。為了盡量減少機械密封失效的發生，必須嚴格按照操作規程進行安裝、檢查、維護和清洗。養成良好的操作習慣，保證機械密封的正常運行。

3.消除機械密封失效的措施

3.1消除安裝調試的振動源

泵、電機、底座、現場管道等輔助設備在現場安裝時應嚴格檢查;應嚴格檢查現場生產、操作、維護和調整;應提高泵的抗汽蝕性能水平，以滿足現場安裝的汽蝕性能要求。在泵產品的制造和裝配過程中，必須嚴格按照標準和操作規程，盡量減少裝配過程中的人為因素對于裝配精度的影響，因為裝配精度將對泵的使用壽命產生非常大的影響;現場試驗裝置的要求應與泵的汽蝕性能等級相匹配;現場安裝和調整工況應為泵創造有利條件;在泵產品的設計過程中，要充分分析振動源，消除振動源。

3.2重選機械密封結構

針對輸送泵密封在使用過程中過早失效，車間管理人員應該與廠家技術人員進行充分的溝通，經現場檢查和局部尺寸測量后，確定可采用集裝式機械密封代替原廠。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、密封件在出廠前由廠家全部組裝好，并進行動、靜壓試驗，確保備件合格并且不會在工廠發生泵啟動時泄漏的問題。2、安裝過程中，維修人員無需調整尺寸，只需擰緊密封箱上的四個螺栓，降低了對工人技術水平的要求，減少了人為安裝誤差，從而大大降低了因維修人員裝配技術水平差異對泵的性能和使用壽命產生的影響。3、彈簧的壓縮量由制造商在出廠前根據實際工況計算。定位機構用于保證彈簧的壓縮量，使密封件能在設計條件下運行，可以提高密封件的使用壽命。4、結構緊湊，體積小，便于運輸，減少了運輸過程中密封件損壞的可能性。

在開始測試之前，保持密封腔內充滿液體。利用蒸汽加熱密封腔，使介質熔化。對于采用泵外油封系統的機械密封，應先啟動油封系統。熱油泵停機后，不能立即停止油封腔和端封內的冷卻水。端封油溫降至80度以下時應停止冷卻水，以免損壞密封件。如果泵啟動后有輕微泄漏，應觀察一段時間。如果連續運行4小時后泄漏量仍未減少，則應停泵檢查。泵的工作壓力應穩定，壓力波動不超過101kPa。泵在運行過程中，應避免抽空，以免密封面干摩擦，損壞密封;應經常檢查密封情況。運行時，當泄漏超標時，重油不超過5滴/分鐘，輕油不超過9滴/分鐘。若1-2天內無改善趨勢，應停泵檢查密封裝置。

輸送泵維修過程中，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，機械密封受壓受人為因素影響，如維修人員的安裝經驗和操作技能等都會對機械密封效果產生影響。（2）動、靜環密封與軸套配合不好，容易對機械密封的效果產生影響，造成泄漏現象的發生。（3）現場安裝條件有限，容易造成泵啟動時顆粒雜質進入動、靜環密封端面，對機械密封斷面造成磨損，加大斷面間隙，造成泄漏現象的發生。（4）制造商難以在出廠前做到壓力試驗覆蓋率100%。即使對機械密封結構進行了壓力測試，也不能保證現場安裝后密封不會泄漏，因為運輸途中的顛簸震動可能會對機械密封結構的穩定性、強度等產生影響。另外，輸送泵是間歇運行，頻繁啟停也很容易引起泵抽真空或氣蝕等異?，F象。這些問題很可能導致密封件泄漏和過早失效。

3.3機械密封參數的確定

確定機械密封結構類型后，根據介質確定材料等重要參數?？紤]到膠體材料中含有少量硬質雜質顆粒，動環仍采用硬度高、磨損系數低的硬質合金，靜環采用無壓燒結碳化硅代替原碳石墨。這兩種材料組成的摩擦副非常適用于含有顆粒的環境，并具有性價比高、使用壽命長的特點。密封圈采用耐高溫氟橡膠，墊片采用聚四氟乙烯，金屬采用304不銹鋼?？紤]到泵的高速運轉和端面比壓的穩定性的雙方壓力，仍采用多彈簧結構，平衡系數和端面比壓機械密封根據現場工況重新計算。 并選擇合理的值來確定彈簧的參數，由此可以對機械密封的參數做出一個比較優化的解決方案。

結束語：在處理離心泵機械密封泄漏時，必須結合系統工況特點，仔細觀察密封元件的損壞形式和痕跡，不斷探索和總結機械密封失效的原因。并且形成可快速追溯的記錄。隨著材料和制造技術的進步，機械密封的可靠性有了很大的提高。如果機械密封結構能夠選擇得當，安裝準確，保養得當，機械密封可以長期穩定運行。

參考文獻：

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