關于離心泵用機械密封常見故障分析及對策探討

王勇 煜家 周寬 王春雷

摘要：離心泵在社會生產和生活中應用廣泛，但其機械密封一旦發生故障失效，就會對離心泵的正常運行造成嚴重影響。本文對離心泵用機械密封的工作原理及其主要密封件進行了概述，進一步分析了機械密封的故障失效原因，最后就如何解決和預防故障失效提出了對策建議，希望對業內同仁可以起到一定意義的參考和借鑒。

關鍵詞：離心泵;機械密封;故障失效原因;應對策略

1研究意義

改革開放以來，我國的經濟社會進步迅速，機械行業也取得了顯著的發展成就，而離心泵作為現代機械系統中應用非常普遍的設備，其技術水平也得到了明顯提升。與此同時我們也要清醒地看到，離心泵因為其功能的特殊性，在使用中對密封有著比較嚴格的要求，但現有的機械密封方式還無法徹底杜絕泄露等問題發生，嚴重時甚至可能因故障發生密封失效，這對離心泵的正常工作運行及其功能發揮造成了嚴重不利影響。鑒于此，有必要對離心泵用機械密封的故障失效機制進行深入分析，并切實采取有效措施解決密封失效的問題，進而為保障離心泵良好的工作性能奠定有利基礎。本文正是基于這一出發點，對離心泵用機械密封的工作原理及其主要密封件進行了概述，進一步分析了機械密封的故障失效原因，最后就如何解決和預防故障失效提出了對策建議，希望對業內同仁可以起到一定意義的參考和借鑒。

2機械密封概述

所謂機械密封（如圖1所示）也可稱之為端面密封，它主要被安裝在旋轉的軸上面，通過彈簧、密封圈、密封環等密封件構成密封腔，進而實現密封功能。當需要進行密封的軸旋轉時，靜環處于靜止狀態，而動環則在介質壓力和彈簧作用力的綜合作用下出現移動，進而使動、靜環的密封端面緊密地貼合在一起。此時還會在相互接觸貼合的密封端面之間形成一層液體薄膜，所以可以達到密封和防止泄露的目的。當然隨著使用時長的延長，接觸表面會出現磨損，但在彈簧作用力下可以進行自動補償，這也保證了機械密封具有較長使用壽命的特性。

1.靜環 2.動環 3.動環密封圈 4.推環 5.彈簧

6.傳動座 7.靜環密封圈 8.壓蓋

圖1 機械密封的結構示意

通過上述對機械密封的工作原理介紹可知，機械密封涉及到的主要密封件包括以下幾種：第一，端面密封副。端面密封副主要由動、靜環構成，通過使二者的密封端面接觸貼合在一起實現密封作用，這也構成了主要密封結構。當然，考慮到密封副之間的摩擦力影響，所以一般對動、靜環的耐磨性會提出較高的要求。同時，隨著使用時間的延長，耐磨性再好也會產生磨損，此時就需要動環邊伴隨軸旋轉，邊通過軸向移動來補償磨損，而這對動環的運動靈活性提出了一定要求。此外，根據動、靜環間的接觸密封原理，還要確保靜環具有非常好的浮動性，且能夠起到較好的緩沖作用。第二，彈簧元件。通過以上介紹可知，彈簧要確保端面密封副能夠實現良好的接觸密封，而且在密封端面出現磨損后能進行相應補償，而這些都需要彈簧的彈性元件必須保證良好的彈力。此外，考慮到機械密封的使用場合及工作壽命要求，還必須確保彈簧的材料應具備較好的耐腐蝕性和耐疲勞特性。第三，輔助密封。輔助密封主要指對能達到良好密封要求起輔助作用的一些零件，它既要確保動、靜環之間能夠起到良好的接觸貼合，而且還應進行適當的緩沖及浮動作用。

3故障失效原因分析

考慮到離心泵的工作環境和安裝工藝等因素的影響，其使用一段時候后就可能會發生密封故障，造成密封失效。故障失效的主要原因如下：

1.泵抽空或汽蝕

現實中，如果還沒進行灌漿就啟動泵運行，那么空氣就會進入液體介質，此時泵的出口壓力會降低，在干摩擦的作用下很容易導致機械密封失效。此外，機械密封一般也有使用壽命，長時間使用會導致密封端面出現硬化或老化，進而導致密封失效。最后，液體介質在流經低壓區域時，會因氣泡破裂導致附近液體以較大速度溢出，而這又會導致局部壓力升高，最終發生汽蝕現象，引發機械密封失效。

2.密封面磨損

通過上文對機械密封的工作原理介紹可知，機械密封主要依靠動、靜環的密封端面接觸貼合來達到密封效果，但動、靜環接觸會產生摩擦力，如果液體介質中含有比較多的雜質顆粒，會使摩擦力進一步增大。而摩擦力增大會導致密封端面出現磨損，進而導致機械密封失效。雖然機械密封中的彈簧元件會推動動環沿著軸向運動以補償端面磨損，但隨著時間的延長，這些磨損痕跡會逐漸擴展，最終可能會出現大面積的裂縫或裂隙，使得密封徹底失效。

3.腐蝕

離心泵輸送的液體介質具有不同程度的腐蝕性，因為機械密封會直接和液體借助接觸，長時間后就可能因介質腐蝕而失效。比如密封面發生點蝕甚至被穿透，造成嚴重泄漏;機械密封中的彈簧元件和輔助密封件會因介質腐蝕而出現破裂現象等等。

4.泵送介質物性改變

離心泵輸送的液體介質會在不同的操作條件下發生物理性質改變，而這也可能造成密封面或密封沖洗系統出現失效。比如在溫度發生明顯改變時，部分液體介質的黏度和密度都會產生較大變化，而高粘度和高密度的介質會降低泵的輸送能力，同時導致密封沖洗系統破壞，進而就會造成機械密封的使用壽命減少或發生失效。

5.密封圈失效

目前機械密封所采用的密封圈主要為乙丙烯或橡膠材質，如果材質質量不合格，那么就會導致密封失效。比如一些密封圈生產廠商為了獲取較大利益，使用了含有較多雜質的橡膠進行密封圈生產，這種密封圈被高粘度的液體介質浸泡較長時間后會造成彈性下降，進而過早發生老化或硬化，使得密封性能大大降低，這種影響在介質長時間沖流造成的磨損加持下會進一步擴大，最終導致機械密封出現整體失效。

4應對策略探討

1.避免泵抽空和汽蝕

為了消除因泵抽空和汽蝕給機械密封造成的不利影響，可以采取以下應對措施：首先，對輸送液體介質的溫度進行嚴格控制，盡量避免出現過高溫的情況。其次，對相連旁介質罐的液位進行檢查，確保其處于最低液位之上;第三，對離心泵操作人員加強培訓，確保其能正常操作，避免干摩擦現象發生;最后，做好上、下站、調度室在清理管線中的協調工作，保證清管器到站前關閉泵，避免空氣混入引發泵抽空和汽蝕現象。

2.控制密封面的磨損

為了對因磨損造成的密封失效進行控制，應使用性能良好的摩擦副，重點需求對摩擦副的材質進行合理控制。合理選擇摩擦副的材質可以有效改善摩擦副的耐磨性能，這對防止密封失效具有顯著作用，一般對于材質選用可以遵循以下次序：碳化硅-碳石墨、硬質合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨。此外，高速鋼-碳化硅材料構成的摩擦副具有優越性能，采用這種材質可以有效提升機械密封的性能，對避免密封失效具有積極作用，應注重對該材質的選用。

3.降低腐蝕影響

液體介質的腐蝕作用是引發機械密封失效的一個重要因素，需要引起足夠重視。一方面，應派專員對離心泵及其機械密封進行日常維護保養，維持密封性能并延長其使用壽命;另一方面，可以定期用高純度、干凈的透平油對密封件進行沖洗，這對提升機械密封的抗腐蝕性效果顯著。

4.控制泵送介質的物性變化

在進行工藝操作時，應對泵送介質的物性改變進行充分考慮，并采取適當措施對物性變化進行控制。比如北方冬季比較干燥，在進行泵操作時需要考慮介質液體會因溫度下降而出現粘性升高的問題，而這會造成泵的輸送能力降低。此時可減少密封沖洗系統的冷水用量，盡量使密封的介質環境與正常操作時一致。

5.及時更換密封圈

密封圈失效會導致機械密封整體失效，為避免這一問題，應在綜合考慮密封圈使用壽命的基礎上，及時對接近失效狀態的密封圈進行更換。同時，在進行離心泵的日常維護保養作業時，也應對密封圈的性能加強檢測，必要時就應及時更換。

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