離心泵機械密封失效的原因與對策探索

□王偉平

離心泵作為液體傳送的裝置在各個領域得到了廣泛應用。填料密封由于泄漏量大、功率損耗大、輸送介質單一，已經逐漸被機械密封所取代，但由于種種原因當前離心泵機械密封存在維修量大、壽命不能達到預期，嚴重影響了離心泵的正常運行，本文結合實際分析了影響離心泵機械密封的因素，給出了一些改進措施。

一、機械密封的原理

機械密封是一種在流體壓力和補償彈力作用下，使兩個垂直于旋轉軸線的密封端面保持緊密貼合，從而達到防止流體泄漏的裝置。機械密封安裝在傳動軸上，隨軸轉動，通過傳動座及推環來帶動動環的旋轉，靜環則在壓蓋的作用下保持不動，依靠密封室中液體的壓力和彈簧力使動靜環組成的密封端面緊密貼合，在端面間形成一層極薄的液體膜，起到密封和平衡壓力的作用，從而達到阻止液體外漏。動靜O形環是用來防止液體通過動環與軸及靜環與壓蓋之間泄漏，同時還能減小振動和沖擊。機械密封是與泵的其它部分組合使用的，所以其它部分的運行狀況直接影響著機械密封的效果。

二、離心泵機械密封失效的原因及解決對策

(一)選擇機械密封不合理。當離心泵在帶有弱酸弱堿介質中長時間工作時，機械密封溫度過高或弱酸弱堿會對動靜O形環進行腐蝕，導致O形環無彈性甚至腐爛，造成機械密封失效導致泄漏甚至可能會產生摩軸的現象。機械密封的O形環一般為普通的丁氰橡膠，這種橡膠在高溫、酸、堿環境中就會變質。在弱酸、弱堿或高溫環境中運行的泵，機械密封O形環應該選擇耐高溫、耐油及耐化學試劑的氟橡膠。當介質中存在細小顆粒時，它會隨著介質進入到動靜環端面，隨著摩擦會導致端面劃傷，磨損端面，液體就會從端面漏出，導致機械密封失效。因為一般的機械密封端面材質硬度不能承受細小顆粒的磨損，在有細小顆粒的介質中運轉的泵，機械密封端面材質應該選用硬度較高的碳化硅或者碳化鎢。因此，針對機械密封的選擇應該考慮泵工作條件下介質的性質。

(二)離心泵設計不合理。

1.離心泵軸存在較大竄量。離心泵在運轉時，機械密封保持密封效果是靠其兩個端面的適合壓力來保證的，這個壓力是由機械密封中的彈簧的合適壓縮量來提供的，為了保證這個適合的壓力，就必須保證離心泵的軸不能有太大的竄量，標準規定應控制在0.5mm以內。但在實際中，因不合理的設計往往會使泵軸出現很大的竄量，對機械密封的使用產生非常不利的影響。一方面表現在離心泵的啟動過程中產生較大竄量;另外由于平衡盤和平衡環的長期磨損，導致它們之間的間隙隨之增大，因而就使軸產生了較大的竄量。由于泵的軸竄量超過了機械密封要求的竄量值，兩個端面的壓力減小，從而失去密封作用，導致泄漏。因此，要減小多級離心泵的軸向竄量，就要合理設計平衡裝置。目前比較好的方案有兩種:一種為平衡盤和軸向止推軸承組合，軸向力通過平衡盤來平衡掉，軸向止推軸承起到限位泵軸的作用;另一種為平衡鼓和軸向止推軸承組合，軸向力通過平衡鼓來減弱，由軸向止推軸承限位泵軸。

2.離心泵軸的撓度過大。機械密封在離心泵運轉時，要求兩個接觸式密封端面在相對旋轉時依靠介質和彈簧彈力的作用下均勻緊密配合，這樣才能起到密封的效果。但在離心泵設計過程中的不合理，使得泵軸在運轉時，機械密封部位會產生較大的撓度，導致密封端面間所受壓力不均勻，使機械密封失效，致使泵腔體液體大量泄漏。因此，一是減小離心泵軸兩端的距離:在設計離心泵時，控制葉輪的級數，當泵的總揚程要求很高時，應盡量增加單級葉輪的揚程，以減少整體級數。二是選用等級高的材料來制作軸。三是當離心泵設計好后，要對泵軸饒度進行校驗核算看是否能滿足要求。

(三)離心泵安裝不合理。

1.機械密封的安裝不合理。在安裝機械密封時，固定端面的定位螺釘沒有擰緊或所用緊固力不均勻，就會導致離心泵在運轉時端面接觸不均勻，產生與軸撓度過大一樣的結果。另外有些離心泵在發生機械密封泄漏后，拆檢機械密封發現靜環O形環處發生損壞，其原因為裝配工人在裝配O形環時未能準確校對好位置。因此，要在安裝機械密封時確保緊固螺絲擰緊，并且檢查是否用力均勻;在安裝O形環時注意對準尺寸以免產生偏差。

2.軸的安裝不合理。一是轉子在安裝后，轉子的徑向跳動太大，轉子不平衡;二是軸承壓蓋沒有安裝到位軸承晃動導致轉子竄量超標;三是離心泵與電機安裝時，中心未對中導致軸的跳動增大。以上三點都會造成泵的振動過大，振動被分解成水平、軸向、垂直三個方向，其中以軸向振動對機械密封影響最大。當振動劇烈時，機械密封動靜環之間就不能很好地接觸以致出現縫隙進而使機械密封失效。因此，要安裝轉子之前，應當對轉子連同葉輪做動平衡實驗，保證其跳動在規定的范圍內;在安裝轉子時，保證軸承、壓蓋固定牢固;當與電機安裝時，應當保證合理的同軸度，以最大限度地減小振動。

(四)離心泵使用維修不當。

1.使用不當。離心泵在啟動時，由于預先沒注滿水，離心泵腔體里充有氣體，機械密封中動靜環端面沒有形成水膜而使端面間干摩擦，從而導致機械密封失效。對于停機很長時間沒有啟動的離心泵，機械密封端面很有可能粘合在一起，未按規定啟動前盤車，很容易扯壞動靜端面造成機械密封失效。在使用過程中由于介質溫度偏高或者進水管阻力太大使入口流速加大，液體就會在進口處產生汽化現象，氣泡隨著液體流向高壓區，進入高壓區后氣泡破裂，空間瞬間被周圍的液體充滿，在填充點產生很高的壓強，出現氣蝕現象。氣蝕發生后，泵體內會產生巨大的水流波動，使泵的振動加劇，產生的軸向振動會破壞機械密封動靜環，導致機械密封失效。因此，在離心泵啟動前，一定確保泵體內注滿水，水未滿不啟動水泵;在離心泵啟動前(特別是在久未啟動)，一定按規定進行盤車;設法控制介質的溫度，常壓下離心泵傳輸介質的溫度控制在80攝氏度以下;在使用離心泵時，盡量加大進口管徑，確保進口閥門完全打開，以減小離心泵進口的阻力。

2.維護不當。離心泵在運行時，軸承潤滑油不及時更換或軸承溫升過高，造成軸承損壞，損壞后又不及時處理，造成泵軸振動加劇;運轉過程中固定泵底座處螺栓松弛，沒有及時處理造成泵與底座劇烈振動;軸套磨損嚴重不及時更換造成軸向竄量加大。因此，當離心泵在運轉時，要有專人負責監視泵的運行情況，當發現油溫過高、噪聲過大、振動劇烈等現象時，應當及時停機處理以免造成嚴重后果;及時檢查潤滑油、壓力表等是否在允許的范圍運行。

三、結語

隨著機械密封在離心泵中的應用越來越多，機械密封失效一直影響著離心泵的可靠運行。只要在離心泵實際設計過程中，綜合考慮對機械密封的影響，在使用維護中嚴格按照離心泵操作規程，機械密封就能得到安全穩定運行，機械密封失效的現象就會得到最大限度的防范。

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