凝結(jié)水泵機械密封泄漏原因及改進措施

劉永民

惠州平海發(fā)電廠有限公司

凝結(jié)水泵機械密封泄漏原因及改進措施

劉永民

惠州平海發(fā)電廠有限公司

介紹了某型凝結(jié)水泵的整裝式雙端面機械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理，結(jié)合實際工況，分析了其失效原因（如對輪中心偏大，密封面磨損，密封面沖蝕等），提出了改進措施及使用中的注意事項。

雙端面機械密封；磨損；密封面；動靜環(huán)；泄漏

隨著科學技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，流體機械和流體工程的應(yīng)用范圍不斷擴大，高溫密封、紙溫密封、超低溫、強腐蝕、易燃、易爆、有毒、放射性介質(zhì)、高壓密封、高真空密封以及含各種雜質(zhì)等懸浮顆粒介質(zhì)的密封也都應(yīng)運而生。保證密封的可靠性和使用壽命，目前已廣泛用于石油、化工、冶金等行業(yè)，是當前密封研究、設(shè)計制造、使用等各方面最重要的課題之一。

1.機械密封的工作原理及結(jié)構(gòu)

機械密封是靠一組研配的密封端面形成的動密封。機械密封的種類很多，但工作原理基本相同。與單端面機械密封相比，雙端面機械密封密封性能好，適用于強腐蝕高溫、帶懸浮顆粒及纖維介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆、易揮發(fā)低黏度介質(zhì)，高真空度工況的密封。雙端面機械密封原理與單端面機械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面（摩擦副）在流體壓力和補償機構(gòu)彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。但雙端面機械密封的特點是兩套機械密封采取面對背的方式安裝在密封腔體中（見圖1），并由外部提供沖洗液做為緩沖液或沖洗液，從而起到密封、潤滑和冷卻的作用。當內(nèi)側(cè)密封發(fā)生泄漏時，阻塞液可防止或緩沖被密封介質(zhì)泄漏到大氣。這種密封布置方式是在石化、電力等行業(yè)廣泛采用的一種安全性較好的機械密封方式。

圖1.式雙端面機械密封

2.故障分析

2.1.障狀況

凝結(jié)水泵在運轉(zhuǎn)過程中，難免會出現(xiàn)各種各樣的故障。該水泵均采用帶軸套整裝式雙端面機械密封，自投入使用后，機械密封的泄漏問題就較為普遍，甚至從機械密封動靜環(huán)處甩出大量的水，大大超過了機械密封允許泄漏量≤5mL／h（單側(cè)）的要求。且隨泵軸轉(zhuǎn)速上升，機械密封泄漏量隨之增大。

機械密封泄漏故障的發(fā)生，不僅浪費了大量的水，影響周圍環(huán)境，還嚴重影響了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

2.2.障分析

泵作為一種通用機械，在國民經(jīng)濟的各個部門中應(yīng)用十分廣泛。所以，泵的安全運行與整個國民經(jīng)濟的發(fā)展密切相關(guān)。從它的機械密封結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場設(shè)備運行狀況和系統(tǒng)設(shè)計等多方面分析，判斷機械密封發(fā)生泄漏的原因主要有以下幾個方面。

2.2.1.械密封沖洗水入口設(shè)計不合理

對凝結(jié)水泵機械密封進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)密封環(huán)的碳石墨環(huán)存在沖蝕、切邊情況。造成碳石墨環(huán)沖蝕、切邊的原因主要因為：當密封進出口循環(huán)液差別太大或循環(huán)液流體中含有磨削性物料時，就會發(fā)生碳石墨環(huán)的沖蝕。由于壓蓋上循環(huán)液入口正對著碳石墨環(huán)沖蝕而形成了槽。該泵機械密封沖洗水入口剛好對著動靜環(huán)密封面，故密封環(huán)存在沖蝕情況（見圖2）。

圖2.械密封沖洗水入口

2.2.2.軸軸振偏大

根據(jù)該型號泵安裝后，泵軸軸振要求≤0.05mm，但在實際運行中，泵軸軸振達到0.12mm-0.16mm，同時測量電機端軸承振動，最大振動達0.10mm，已嚴重超出技術(shù)要求。

造成泵軸軸振偏大的原因很多，包括安裝時對中調(diào)整不良；軸承損壞或間隙過大；軸彎曲度超標；泵體導軸承間隙超標等。

對輪中心偏差越大，泵軸在每次軸向位移和徑向擺動的轉(zhuǎn)動中，密封面產(chǎn)生的分離和泄漏量就越大，密封面的磨痕也越寬。

2.2.3.靜環(huán)密封面磨損嚴重

機械密封磨損主要情況如下幾點：a、碳石墨環(huán)密封面上有“唱片”條紋般的同心圓紋理（見圖3）；b、硬環(huán)密封面成正錐角磨損，即內(nèi)徑處接觸較重，即密封面靠內(nèi)徑處磨損較為嚴重，沿外徑方向，磨損量逐漸減?。ㄒ妶D4）。c、硬密封面出現(xiàn)皰疤情況。

圖3.封面磨損

圖4.封面成正錐角磨損

造成密封面磨損嚴重的原因主要如下幾點：在泵有對中誤差或嚴重磨削性液體的場合下，硬面上容易產(chǎn)生深的同心圓紋理的磨痕。密封面熱變形形成不平直的密封面，使密封面內(nèi)側(cè)受力大于外側(cè)，使內(nèi)側(cè)磨損較為嚴重。

2.2.4.械密封沖洗水系統(tǒng)設(shè)計不合理

該泵機械密封沖洗水源主要取自兩路：一路取自凝補水泵（啟動密封水）；一路取自凝結(jié)水泵出口，形成自密封。但設(shè)計的兩路密封水均未設(shè)置濾網(wǎng)（見圖5），未能有效攔截密封水的磨削性顆粒，造成機械密封動靜環(huán)密封面磨損。

圖5.械密封沖洗水源管路

2.2.5.修、裝配過程操作不嚴謹

機械密封是水泵滲漏的主要原因,但是機械密封本身是一種要求較高的精密部件。如果靜環(huán)石墨密封面內(nèi)緣有大量小缺口，那么水泵在檢修后仍然會存在泄漏問題。究其原因是：在裝配機械密封時，敲擊用力過大或運輸過程中碰撞嚴重。

3.改進措施

（1）對機械密封沖洗水入口進行優(yōu)化：將機械密封沖洗水入口由直沖沖向密封面改進為切向進入封面，減少對密封面的沖擊力。

（2）在密封水管路上加裝流量調(diào)節(jié)閥，防止沖洗水壓力、流量過大沖洗密封環(huán)。同時，在管線上加裝旋流分離器，減少磨削性顆粒進入密封面的可能性（見圖6）。

圖6.進后的沖洗水管路

（3）為減小泵軸振動，保證泵軸同心度，主要做如下措施：a、檢修時，保證對輪中心在合格范圍內(nèi)（圓周≤0.05mm張口≤0.05mm）；b、電機下端軸承及凝結(jié)水泵推力軸承游隙調(diào)至合格范圍內(nèi)；c、泵軸彎曲度測量，并對彎曲度超標的泵軸進行校直；d、泵體導軸承與軸套間隙確保在合格范圍內(nèi)。

（4）機械密封的零部件、工器具、潤滑油、揩拭材料要十分干凈。動靜環(huán)的密封端面要用柔軟的紗布揩拭，確保兩密封面完全接觸貼合（一般密封端面平面度不大于0.9μm）。

（5）加強檢修過程的管理和控制。必須確保檢修環(huán)境整潔，在裝配機械密封時，不準使用鐵榔頭等硬物敲擊；動環(huán)拆下后，經(jīng)磨削加工，先進行粗研，后進行精研，有條件可進行拋光。軸套的檢修拆下后檢查銹蝕和磨損的情況，如果銹蝕或磨損得比較輕微，可用細砂紙打光再用，如果銹蝕或磨損的嚴重可采用加工后電鍍的方法或換新軸套。密封圈經(jīng)過一段使用時間后，多數(shù)情況下失去彈性或老化，一般情況下需要更換新圈。如果彈簧銹蝕的不嚴重，能保持原有彈性，可不更換。對有組裝盒的機械密封，要將盒清理干凈，并檢查凹槽是否磨損或變形，以便進行校正修復，重新開槽或更換。機械密封元件修復以后，重新進行組裝，組裝后同樣進行壓力試驗，然后再投入正常操作。

4.改進效果

機械密封改進后再投入使用，至今未發(fā)生泄漏，這不僅大大降低了檢修強度，節(jié)約了檢修費用，也使得設(shè)備運行時的穩(wěn)定性得到明顯提高。

5.結(jié)束語

科學技術(shù)和制造工藝隨著不斷地要求完善，以及檢修技術(shù)質(zhì)量的不斷提高，機械密封的技術(shù)必然會達到設(shè)計上的質(zhì)量要求。對其泄漏問題隨之也會逐漸的有所降低，并且保障機械密封的安全性。通過對機械密封失效的原因分析，并且相應(yīng)采取了一些對策，密封壽命已明顯提高。通過改進，目前凝結(jié)水泵泵體機械密封基本達到8000h/a無泄漏。

[1]顧永泉.機械密封實用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[2]陳德才，崔德容.機械密封設(shè)計制造與使用.[M]北京：機械工業(yè)出版社.1993.

[3]化工部設(shè)備設(shè)計中心站.機械密封新結(jié)構(gòu)圖冊[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1990.

[4]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊[M].北京：宇航出版社，1995.

[5]賈曉玉.淺談影響離心泵機械密封使用壽命的因素[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012，22（5）101-103.

[6]林杰，張唏琳，阮黎祥，陳偉.機械密封及其管路系統(tǒng)的選用Ⅲ.化工設(shè)備與管道，2003，(2)：29-37，1-2.

[7]張巍，潘立斌，張旭東.離心泵機械密封的選用[J].石油化工設(shè)備，2007，15（17）：50-52.