關于離心泵用機械密封常見故障分析及對策探討

楊揚 杜江波

摘 要 離心泵是現代工業生產中十分重要的一種設備，在各行各業的自動化生產中都有著廣泛的應用。而對于離心泵設備來說，機械密封結構是保證設備正常運行的重要組成部分，同時也是在運行過程中比較容易出現故障的部位。因此，離心泵用機械密封的常見故障問題加以總結，提高技術人員對于常見故障問題的維修效率，對于保證正常生產十分重要。本文從離心泵機械密封的基本原理入手，介紹了幾種常見的離心泵機械密封故障問題，并針對這些故障提出相對應的處理方法，旨在為工業生產中提高離心泵使用壽命，提高工業生產效率提供一點幫助。

關鍵詞 離心泵 機械密封 故障分析

中圖分類號：TH111 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）05-0018-02

1 離心泵密封概述

常見的機械密封也被稱為端面密封，被廣泛應用于各種泵類設備的動態密封中，應用在離心泵中可以有效避免泵內的流體介質流出泵體，進而引發設備故障與環境污染。常見的離心泵結構示意如圖1所示，機械密封裝置在彈簧以及密封介質的壓力下，對動環以及靜環端面造成一定程度的積壓，進而將兩個端面始終保持在貼合狀態下，并在端面間保持一層油膜，有利于靜環與動環端面之間接觸時保持一定的潤滑，介質通過機械密封端面時，會受到很大的阻力影響，能有效防止液體泄漏，最終達到密封的目的。

2 離心泵機械密封常見故障

2.1 波紋管失去彈性或者斷裂

波紋管是機械密封的重要部分，在實際情況中，隨著使用時間的增加，機械密封波紋管的彈性與強度會逐漸下降，這種現象被稱為失彈現象，是不可逆的。而當波紋管的失彈量達到臨界值時（不同材質的波紋管失彈臨界值有所不同，但常見的波紋管失彈臨界值為原設計壓縮量的20%），就會導致離心泵機械密封出現故障，進而導致離心泵泄漏。需要注意的是，設備運行溫度的變化也會對波紋管的失彈產生影響，當設備溫度低于200℃時，波紋管的失彈現場比較不明顯，當設備溫度高于200℃時，則會加劇波紋管的失彈現象。此時，拆卸設備觀察波紋管可以發現，波紋管的整體部件比設備運行之初要低1～2mm，面對這一問題，檢修人員除了要定時觀察設備的運行溫度外，還應定時對波紋管進行更換。[1]

波紋管故障導致的離心泵密封故障問題還有一種原因是波紋管的斷裂。這一故障問題的成因現對復雜，常見的問題主要有以下三種：第一，波紋管的接觸比壓限度超出限制范圍;第二，波紋管實際壓縮量過大，導致設備結構在長期壓力下受損;第三，波紋管所處運行環境的溫度變化較大，進而導致設備材質受損。

2.2 腐蝕造成的故障問題

在離心泵的實際工作環境往往較為復雜，因此機械密封不可避免的需要在各種腐蝕性場合中工作，這就使得腐蝕造成的故障問題也是機械密封常見的故障原因。在一般情況下，腐蝕造成的機械故障主要有以下幾種：第一，表面腐蝕，機械密封元件在腐蝕作用下很容易出現表面腐蝕，在嚴重情況下會進而產生點蝕穿孔，導致設備結構被破壞。表面腐蝕問題在彈性元件上表現更為明顯，彈簧等部件收到腐蝕就會出現彈性失效的問題，進而引發機械密封的泄漏問題。針對表面腐蝕，最為直接簡單的方法就是在材料選擇上盡可能使用不銹鋼材質，從而有效降低表面腐蝕;第二，應力腐蝕，在機械密封正常運行情況下，彈性元件會存在應力，而長時間出于應力腐蝕以及介質腐蝕的雙重作用下，波紋管以及彈簧等元件就很容易出現斷裂的現象，進而引發機械密封的故障問題。[2]針對這一問題，如果在檢修過程中發現彈性元件經常斷裂，可以通過加大彈簧線徑的方式來進行處理;第三，電化學腐蝕，這一故障問題的出現主要是當機械密封的材質為活潑性不同的異種金屬時，就很容易引起電化學腐蝕。電化學腐蝕會造成異種金屬元件之間出現松動，進而出現機械密封的泄漏。針對這一問題，最有效的做法就是在異種金屬元件的連接處涂黏結劑來固定密封元件。

2.3 離心泵振動造成的故障問題

在設備運行之初，機械密封動環與靜環之間的端面是光滑的，并且端面之間還有一層油膜，這樣就能夠在一定程度上避免兩者相互摩擦造成的損害。但是隨著設備運行時間的增加，端面就會逐漸變得粗糙，進而加大了動環與靜環之間的摩擦力，同時又由于動環、靜環與密封腔之間的間隙較窄，這就會導致機械密封的振動頻率以及振動幅度不斷加大，長時間的大幅振動就會導致密封結構被破壞，進而引發故障問題。此外，當離心泵運轉時徑向力過大或者是軸承自身的精確度較低時，都會導致離心泵振動過大引發泄漏問題。

2.4 安裝和使用不當造成的故障問題

在離心泵機械密封的使用過程中，由于安裝或使用不當造成的故障問題也是十分常見的，歸納起來主要有以下幾種：第一，靜環或動環安裝不到位，如果O型圈安裝過緊或者未對準，就會導致靜環或動環安裝不到位，導致密封效果差，引發泄漏故障;第二，整機壓縮量不合適，當整機壓縮量過小時就會導致動環與靜環縫隙過大，當整機壓縮量過大是，就會導致動環與靜環之間的摩擦加大;第三，離心泵內輸送介質存在雜質，如果介質內含固體顆粒或介質易結晶，使雜質顆粒進入密封端面，破壞密封端面引起泄漏。

3 離心泵機械密封的維修與改造建議

3.1 優化密封位置結構設計

為降低離心泵機械密封的故障率，可以在結構上盡可能的進行優化，要在保證密封效果的基礎上，盡可能對密封元件進行保護，設計人員可以在設計中采用機械結構來對密封元件進行保護。例如，在端蓋扣合面位置可以利用金屬臺肩來對密封元件進行保護，從而降低流體對密封元件的腐蝕。此外，還可以通過優化離心泵內機械密封周邊的液體流動環境，盡可能減少密封元件之間的縫隙以及孔洞等，降低液體的沖刷力，使密封元件之間受到的液體流動摩擦力均衡、穩定，減少局部位置快速損壞問題發生的概率。

優化機械密封的設計還可以從優化密封元件的材料選擇上入手。設計人員應當不斷突破原有思維的限制，了解市場上最前沿的材料技術，積極采用各種新材料來進行離心泵密封元件的設計，從而提高密封元件的抗腐蝕能力、抗應力能力，最終達到提高設備使用壽命的目標。

3.2 離心泵機械密封狀態檢測

針對離心泵機械密封的故障診斷維修技術，結合信息化技術的狀態檢測是未來發展的主要趨勢。通過構建完善的設備狀態監測體系，借助計算機信息技術建立包括離心泵在內的設備狀態數據平臺，提高故障診斷的水平。在狀態檢修實施過程中，技術人員要對設備的狀態信息進行準確地分析判斷，在此基礎上堅持成本效益和診斷檢修技術的優化，根據所獲取的離心泵設備信息進行規范地檢修作業。在通過信息化技術可以實現多方面數據資源的整合集中，檢修技術人員通過對監測信息的分析，充分了解設備的運行狀態在此基礎上采取針對性的檢修策略。[3]此外，狀態監測要配合專家故障分析，每一次檢修的數據都要進行上傳，總結檢修經驗為后續的檢修計劃制定提供參考。對于容易出現磨損老化的設備零部件要適當縮短故障檢修的周期，促進檢修綜合效益的提升。

4 結語

機械密封是離心泵的主要組成部分，具備精密度較高并且容易受損出現故障的特點，因此在設備日常運轉過程中，檢修人員一定要注意對離心泵機械密封故障的分析，結合設備運行的實際情況，及時發現故障并根據故障進行相應的維修，從而在確保設備能夠滿足日常生產需要的同時，延長設備的使用壽命。

參考文獻：

[1] 郝麗霞.化工離心泵機械密封失效原因分析[J].中國設備工程，2020（03）：143-145.

[2] 白浪，離心泵機械密封改造及運行過程中的問題探討[J].水力采煤與管道運輸，2019（03）：138-139.

[3] 王偉平.離心泵機械密封失效的原因與對策探索[J].產業與科技論壇，2015，14（07）：64-65.