淺析單級離心泵機封軸套的修復方法

陳 斌，侯玉杰，李金柱

（中國海洋石油渤海石油管理局渤南作業公司，天津 300450）

0 引言

石油化工行業生產需依靠各種機械設備，如壓縮機、發電機、空壓機、各種泵類等，各種泵類的應用占據著很重要的地位。泵按照其工作原理可分為容積式、葉輪式和射流式。容積式泵是通過泵在電機帶動下實現活塞往復運動，間歇性地改變泵體內部空間體積，達到介質輸送的目的，如柱塞泵、隔膜泵、齒輪泵等。葉輪式泵通過電機帶動葉輪高速回轉，把機械能傳遞給介質，達到介質輸送的目的，如離心泵、旋渦泵、混流泵等。

單級離心泵性價比高，已被廣泛應用，其工作原理是：電機或其他驅動裝置通過聯軸器帶動泵軸高速運轉，固定在泵軸上的葉輪在高速回轉作用下，葉輪的邊緣會產生很強的離心力，使內部液體在離心力的作用下沿水道被甩向四周，再經過流道實現液體的輸送。為了不使內部高壓液體因為泄漏而減少壓力損失和污染環境，機械密封作為單級離心泵的核心部件，在行業中也起到至關重要的作用。但是機械密封由于其材料、輸送介質內的清潔度、配件磨損等因素經常出現各種問題，影響單級離心泵的正常運轉。針對單級離心泵軸套與密封圈不匹配的問題，根據實際經驗提供一種有效解決方案。

1 離心泵類型

離心泵是一種典型的旋轉式流體機械，有多種分類，按葉輪的數目可以分為單級泵和多級泵。單級離心泵為泵殼包裹單個葉輪，多級離心泵為泵殼包裹多個葉輪，可以形象地理解為：多級離心泵是單級離心泵的串聯使用。按工作壓力分為低壓泵、中壓泵和高壓泵。離心泵有不同的類型，根據實際工況在選型時，可以根據構造的不同，選擇單級泵或多級泵，也可以根據所需壓力大小選擇高壓泵、中壓泵或低壓泵。離心泵是由泵殼、轉子、軸承、機械密封及其他基礎系統組成，其中泵軸與葉輪構成的轉子系統是其核心部件。

葉輪可以根據結構分為開式葉輪、半開式葉輪和閉式葉輪。開式葉輪的工作效率比較低，可以達到50%，通常用在含顆粒比較大的介質輸送中，如泥漿泵、水泥砂漿泵等。半開式葉輪的效率較高，可以達到70%左右，通常應用在輸送介質黏度較高或含有可粉碎顆粒介質的流程中，如粉碎泵等。閉式葉輪的效率很高能夠達到和泵殼很密切的配合，工作效率通常可以達到90%以上，是石油化工當中應用最多的一種，但是對于輸送介質的要求也是比較高的，首先要保證介質的黏度不能太高，其次對于介質的清潔度也有一定要求。

泵殼的作用是密封液體并改變液體的流動方向，將動能改變為靜壓能。轉子系統為所輸送介質提供機械能。

機械密封是離心泵中常用的一種軸向密封裝置屬于端面密封，是一種高科技機工產品，在泵、液壓傳動和相關設備的旋轉裝置的軸向密封中較為常見。主要是依靠固定于軸套上的機械密封動環，通過補償裝置使動環與靜環在旋轉時緊密貼合實現密封。機械密封的摩擦副一般采用石墨、陶瓷或碳化硅等，本文所述機械密封的動環材料為碳化硅，靜環材料為石墨。離心泵在運轉過程中存在各種磨損，如運轉過程中零部件受力不均勻導致磨損，在磨損較為嚴重的情況下，摩擦副表面結構出現縫隙或孔洞，引發機械密封嚴重泄漏現象。

機械密封的泄漏原因主要有：①動環與靜環之間的密封面磨損；②靜環與靜環座之間密封不嚴；③靜環座與泵體之間密封不嚴；④動環與軸套之間密封不嚴；⑤軸套與泵軸之間密封不嚴。

離心泵工作過程中，導致機械密封泄漏的原因主要有：①輸送介質的量達不到冷卻潤滑機械密封的要求；②輸送的介質含有雜質的數量比較多，導致動靜環接觸面被磨損漏液；③輸送介質的溫度比較高，不能帶走摩擦過程中產生的熱量；④濾網長時間臟堵導致供液不足。

要保證離心泵的正常運行，需要做好以下5 點：①保持進口濾網清潔；②避免離心泵吸入管線過長，減少彎頭部分；③降低輸送介質的溫度；④降低離心泵入口的吸入高度；⑤適當增加離心泵吸入口的正壓頭。

在檢修過程中，發現離心泵軸套與機械密封動環密封圈間隙不能滿足現場使用需求而引發的泄漏問題，下面將以此次檢修作業進行簡單敘述，并提供解決方案。

2 案例分析

在原油工藝流程中，閉排泵是很重要的設備之一，如無法正常運轉就會造成閉排罐液位過高，導致生產流程關斷，嚴重時還會導致海洋環境的污染。閉排泵在原油工藝流程中地位顯而易見，在日常的工作中應該加強日常檢修，在檢修作業中技術人員需要增強相關知識，保證其能夠正常地運轉并發揮作用。

在對某海洋石油平臺的例行巡檢中，操作人員發現閉排泵機械密封突然失效，造成介質沿泵軸向外噴射，需快速搶修，隨即倒泵停機。首先暫時關閉閉排泵，再配合操作人員將閉排泵切換到另外一臺，對其做好隔離，防止泄漏。為確保平臺閉排泵隨時處于正常備用狀態，不影響工作，立即根據現場的實際情況進行了作業的風險分析，對可能存在的問題和操作過程中可能出現的風險，逐一做嚴密分析，并有針對性地制定了預防措施。在做好嚴密準備后，有序使用預備好的工具，立即對閉排泵進行拆檢尋找問題原因。經過拆檢發現，造成機械密封壓蓋與軸套之間的泄漏，是因為閉排泵在運轉過程中混入雜質，導致機械密封的動靜環已經磨損破碎，無法也無需進行修復，只能進行更換。排查出問題后，隨即對機械密封壓蓋、軸套、泵軸的油污進行清洗、打磨等程序，再涂抹潤滑油準備安裝新的機械密封。

在安裝機械密封的過程中，出現了尺寸誤差，動環與軸套之間的密封圈出現卡滯，不能有效回彈，動靜環密封面不能有效貼合實現密封作用。經過游標卡尺測得新舊動環的內徑存在誤差，動環安裝完畢后調整彈簧壓縮后無法正常回位（圖1）。測量泵軸套外徑、舊機械密封內徑和新機械密封內徑尺寸，測量結果如下：舊的機械密封內徑尺寸為49.96 mm（圖2）；新的機械密封內徑尺寸49.77 mm（圖3）；新、舊機械密封的動環內徑相差0.18 mm。由于尺寸誤差，致使密封O 形圈被擠壓過度從而與軸套緊密抱合，且間隙過小，致使壓縮后的彈簧無法正常恢復。軸套的測繪尺寸加工前為49.77 mm，首要任務是對其進行打磨，增大密封圈與軸套的配合間隙，使其在軸套上能夠自由滑動。

圖1 調整彈簧壓縮后無法正常回位

圖2 舊機械密封動環內徑尺寸

圖3 新機械密封動環內徑尺寸

經過測量、對比和綜合考慮，為了減少資源浪費，選擇出了性價比相對較高的方案，即對軸套進行加工，使軸套與機械密封的配合間隙調整到合理范圍實現有效配合，保障設備的正常運行。經過嚴密測繪，準備用銼刀、砂紙等將軸套磨削去除0.18 mm，使其與新的機械密封能夠實現有效配合，滿足使用要求。但是由于可用加工設備受限，并沒有車床可供使用，手動銼削又無法保證軸套外徑的圓度及光滑度，無法對其質量進行保證，若軸套表面粗糙，即使能夠滿足尺寸的要求也無法進行有效密封。根據現場實際情況有效選擇可用設備，決定使用套絲機對其進行磨削加工。將軸套夾持在套絲機的卡盤上，套絲機帶動軸套勻速旋轉，將銼刀按壓在軸套上進行磨削，均勻施力保證軸套表面受力均勻（圖4）。在銼削的過程中，不斷使用游標卡尺進行測量，保證數據的準確性，直至磨削到Φ49.58 mm 后，再使用細砂紙將銼紋和毛刺清理光滑（圖5）。

圖4 利用套絲機和銼刀配合進行軸套余量的挫削

圖5 使用細砂紙對銼紋和毛刺進行清理打磨

為了保證被加工后的軸套處于良好的光滑度及圓度，使用百分表對加工后的外表面進行全范圍的多點測量，結果顯示，該軸套尺寸在合理范圍內，能夠滿足密封O 形圈的使用要求。用銼刀清理套絲機夾持軸套的壓痕，保證其表面完全光滑。軸套加工完畢后，將新的機械密封比照調整，再將其安裝到加工過的軸套上。經檢驗，按壓彈簧后可自由彈起，達到了使用標準的要求。最后，按照相反的順序依次將泵進行回裝，解除隔離后起泵運轉，發現泄漏現象消失，泵各項參數正常。

3 結語

本文通過實例，簡單討論了一種單級離心泵機封與軸套的修復方法，涉及多個機修鉗工的技能，要求現場操作者有扎實的理論知識、豐富的實操經驗和較好的心理素質，耐心、細心地查驗問題，力求精準地解決問題。最為重要的是，要有發散思維和極高的動手能力，因為上文實例的解決，幾乎是在無加工設備的情況下，利用套絲機對泵軸進行加工，再通過加工軸套外徑尺寸，使機械密封動環調整彈簧能夠正常回彈，恢復泵的正常運轉。不僅鍛煉了發散思維、周密部署，還節約了大量的配件費用和維修時間成本，實現降本增效。