液環式真空泵機械密封泄漏原因分析及處理

李志偉（天津石化化工部PTA車間， 天津 300000）

液環式真空泵機械密封泄漏原因分析及處理

李志偉（天津石化化工部PTA車間， 天津 300000）

本文根據液環式真空泵的機械結構，對機械密封泄漏的原因進行了分析，通過改進方法，論證了液環式真空泵在PTA裝置中的應用及注意事項。

機械密封；真空泵；軸套；機械密封彈簧；泄漏；靜環；動環

天津石化PTA裝置是引進日本三井油化（MPC）的專利技術，于2000年5月一次投料引發成功。但是PTA裝置液環式真空泵自裝置開車以來經常發生機械密封泄漏現象，由于介質為醋酸，易燃易爆危險性大，對裝置平穩生產產生巨大影響。為此進行了深入研究和實踐，找出了機械密封泄露原因，制定了整改措施，經過運行檢驗效果良好。

1 真空泵的工作原理

液環式真空泵主要用于抽輸低于大氣壓的氣體和介質，葉輪被偏心的安裝在泵體中，當葉輪旋轉時，進入泵體的水被葉輪拋向四周，形成了一個與泵腔形狀相似的等厚度的封閉水環。在吸氣側，液環逐漸遠離葉輪輪轂，氣體通過吸氣口軸向進入泵體內；在排氣側，液環逐漸靠近葉輪輪轂，氣體被壓縮并通過排氣口被軸向排出。

2 真空泵的機械密封結構

泵體兩端均裝有雙列圓錐滾子軸承。泵體兩端分別裝有單端面機械密封，分別由動環，靜環組成。動環靠頂絲固定在軸套上，動環后面由六個彈簧支撐，以此來調節密封壓縮比，靜環固定在泵體上和動環接觸，防止液體流出。

3 機械密封泄露分析

通過對單作用平衡式機械密封多次泄漏的進行分析，引起泄漏原因有以下幾點。

①動環、靜環壓縮比量過大。②靜環與壓蓋之間密封圈失效。③動環與軸套之間的密封圈失效。④軸套的密封面腐蝕。⑤彈簧失效。⑥機械密封經長時間放置變形。

具體分析這6個原因，其中動環與軸套之間的密封圈，靜環壓蓋與泵體之間的密封墊片及靜環與壓蓋之間的密封圈這3個位置屬于靜密封，所使用的密封材料氟橡膠，耐高溫，耐腐蝕。實際解體檢修中也未發現上述密封件失效。因此，動環、靜環壓縮比過大，軸套、彈簧材質腐蝕是機械密封泄漏的主要原因。另外機械密封經長時間放置變形，也是機械密封泄漏的一個原因。

4 改進措施

4.1 安裝注意事項

①動環背面的彈簧，是保證機械密封摩擦副端面比壓的重要因素，各彈簧之間高度相差要在0.5mm以內，不存在偏斜現象，彈簧力的下降范圍在10%以內。②機械密封動、靜環的密封橡膠圈的安裝要符合設計手冊規范要求，壓縮率為8%～10%。③機械密封動環材質為硬質合金，靜環材質為石墨環，該材質優點為耐熱、耐腐蝕，耐熱沖擊性好、線膨脹系數小等，但也存在石墨硬度低、硬質合金脆性大的缺點。④實際檢修過程中發現，動環多次出現裂紋，說明該硬質合金動環經國產化后導熱性能較差，易產生熱裂。因此需要從備件上提高質量。⑤動靜環密封面的平面度要小于0.003mm，且不允許有崩邊、劃傷等現象。⑥機械密封安裝部位的軸套徑向跳動在0.04mm以內，轉子的軸向串量在0.4mm以內，密封腔體與軸的垂直度在0.1mm以內，密封彈簧壓縮量應為4～5mm。

4.2 動環、靜環端面比壓的計算（PC）

（1）彈簧鋼度：

K1=GD/8nd3

式中：G為彈簧彈性模量；D為彈簧絲徑；n為靜環支撐彈簧

有效圈數；d為彈簧直徑

（2）彈簧工作負荷：

F=n1Kf1

式中：n1為靜環支撐彈簧個數；f1為壓縮量

（3）彈簧比壓：

p1=F/A

式中：A=靜環端面面積，A=17.427cm2

（4）載荷系數：

K=（d2

2-d0

2）（d22-d1

2）

式中：d1為靜環端面外徑；d2為靜環座內徑；d0為靜環端面內徑

（5）端面比壓：

PC=P1+P（K-E）

式中：P為壓力；E為液膜反壓系數

4.3 改進措施

①動環座在軸套上安裝時，通過頂絲定位在軸套上，動環安裝的過程中嚴禁敲打和碰擊，以免機械密封副破損而造成密封失效。②機械密封彈簧壓縮量原為5～6mm。現為4mm，以防止動環、靜環壓縮比過大，導致機械密封泄漏。③機械密封彈簧材質由316L改為鈦材，防止因腐蝕導致機械密封彈簧失效。

4.4 工藝操作注意事項

①工作液的液位必須調節正確或啟動之后重新直接對其進行調節，必須確保泵吸排氣小腔內無過多液體。②設備啟動時要檢查運轉情況，啟動之后，要讀出壓力和流量的狀態值，確保密封不發生泄漏。③該真空泵轉速較高，運行工況惡劣。為了防止密封斷面摩擦過熱，采取冷卻方式，因此在該泵的日常運行中，要加強冷卻水流量的檢查與維護，保證冷卻水的暢通，延長機械密封使用壽命。

5 結語

經過對液環真空泵以上幾個方面問題的改進，收到了巨大成效，機械密封泄漏現象基本得到解決，提高了裝置的穩定性與安全性，裝置運行平穩，節能效果相當顯著，到目前為止，未發生任何故障，減少了大量的檢修費用，取得了良好的經濟效益。